Energies renouvelables: démarrage de la plateforme d’essai ESI

Le système énergétique suisse devra être transformé progressivement d’ici 2050. Le paquet de mesures élaboré par la Confédération et intitulé Stratégie énergétique 2050 prévoit un important développement des énergies renouvelables comme l’énergie solaire et l’énergie éolienne.

Phare de la recherche énergétique

L’intégration du courant produit de manière décentralisée avec des fluctuations dans le temps à partir du photovoltaïque et de l’éolien place toutefois les réseaux électriques face à un important défi. La plateforme ESI (pour Energy System Integration) qui entre en service cet automne est une plateforme d’essai qui réunit des approches prometteuses de conversion et de stockage des énergies renouvelables décentralisées. Elle a été présentée aujourd’hui aux médias et à quelque 150 représentants des milieux politiques, de l’industrie et du monde scientifique dans le cadre d’un double colloque intitulé Recherche énergétique suisse en réseau.

Avec la plateforme ESI, nous avons créé une installation au PSI qui nous permet de démontrer à quoi doivent ressembler des concepts de stockage intégraux pour que puisse fonctionner un approvisionnement énergétique décentralisé au moyen d’énergies renouvelables, explique Alexander Wokaun, responsable du domaine de recherche Energie et environnement, qui inaugure le colloque. La plateforme ESI est un phare de la recherche grâce auquel un aspect clé de la Stratégie énergétique 2050 devient visible et tangible.

Etroite collaboration avec la recherche et l’industrie

Dans ce cadre, la collaboration avec des partenaires de la recherche et de l’industrie revêt une grande importance. Ainsi, la plateforme ESI a été réalisée en coordination avec le Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa) et l’ETH Zurich est partie prenante des projets de coopération. Par ailleurs, la plateforme ESI constitue un point de départ pour amorcer de nouvelles collaborations du PSI avec l’industrie dans le cadre du PARK INNOVAARE. Ce parc d’innovation est en train de voir le jour à proximité immédiate du PSI. D’étroites coopérations entre le PSI et les entreprises devraient permettre de générer des innovations sur le site et de les commercialiser rapidement.

Sonder la faisabilité technique

Le centre de la plateforme ESI est occupé par ce qu’on appelle la technologie power-to-gas. Les excédents de courant qui surchargeraient le réseau y sont utilisés pour produire de l’hydrogène. Ce gaz peut en effet être exploité directement ou être utilisé pour produire du méthane. Le courant est ainsi transformé en gaz à forte teneur énergétique. L’hydrogène et le méthane ont par ailleurs un avantage: ce sont des gaz qui peuvent être stockés et transportés sur de longues distances. Au besoin, ils sont de nouveau convertis en courant ou en chaleur. Mais ces gaz peuvent être aussi utilisés comme matière première dans l’industrie ou comme carburant des véhicules.

Certains composants de la technologie power-to-gas font l’objet de recherches au PSI depuis de nombreuses années: Avec la plateforme ESI, il s’agit d’analyser pour la première fois l’interaction complexe à l’échelle pilote de composants qui jusqu’ici n’ont été étudiés que de manière isolée, détaille Peter Jansohn, responsable Energy System Integration au PSI. Avec l’intégration du méthane et de l’hydrogène sur une plateforme commune, la plateforme ESI s’aventure sur un terrain inconnu: Cela nous donne la possibilité de faire jouer jusqu’au bout des variantes diverses du concept power-to-gas, souligne Peter Jansohn. En cela, la plateforme ESI se distingue des autres approches.

L’objectif est de sonder les limites de ce qui est techniquement faisable sur un système d’installation d’une puissance de 100 kilowatts et de déterminer les coûts et les possibilités d’une mise à l’échelle de l’ordre du mégawatt. Le PSI dirige deux pôles de compétences parmi ceux que la Confédération a initiés dans le cadre du plan d’action Recherche énergétique suisse coordonnée. Le premier est dédié au stockage d’électricité et de chaleur (SCCER Heat and Electricity Storage) et le second à la bioénergie (SCCER BIOSWEET). Ils pourront tester leurs nouveaux développements technologiques à la plateforme ESI.

Améliorer l’efficacité énergétique

Le fait de pouvoir faire jouer jusqu’au bout différentes variantes du concept power-to-gas donne la possibilité de sonder celles qui permettent une utilisation de l’énergie particulièrement efficace. L’hydrogène comme vecteur énergétique est un composant essentiel de toutes les installations power-to-gas, car il peut être utilisé de manière flexible, souligne Thomas J. Schmidt, responsable du pôle de compétences dédié au stockage d’électricité et de chaleur. D’un côté il peut contribuer à décarboniser le secteur de la mobilité par le biais de véhicules à piles à combustible. De l’autre, comme ce sera démontré à la plateforme ESI, il peut être converti directement et efficacement en électricité dans des piles à combustible hydrogène-oxygène, en formant exclusivement de l’eau.

Tilman Schildhauer, coordinateur Science Case, énumère les possibilités qu’ouvre la conversion en méthane: L’hydrogène peut être injecté dans le réseau gazier en faible quantité, dit-il. Mais le méthane converti à partir de l’hydrogène peut être injecté, lui, en quantité pratiquement illimitée dans ce même réseau.„ Ce processus appelé méthanisation est également étudié à la plateforme ESI, de même que les sources de dioxyde de carbone qu’elle nécessite: installations au biogaz, carburateur à bois ou émissions de gaz provenant de l’industrie. Dans le cas des installations au biogaz, notamment, la méthanisation permet d’augmenter de plus du double la production de biométhane par addition d’hydrogène, relève Tilman Schildhauer.

Le pôle de compétences dédié à l’énergie et la mobilité a 10 ans

La deuxième partie du congrès double a été consacrée au pôle de compétences CCEM dédié à l’énergie et la mobilité, qui a été créé en 2006. Ce réseau de recherche du Domaine des EPF encourage des innovations techniques pour un approvisionnement durable en énergie et pour renforcer la place économique suisse. Certains résultats ont été discutés, de même que leur influence sur les thématiques énergétiques actuelles.

Texte: Institut Paul Scherrer/Martina Gröschl

À propos du PSI

L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l'institut sont centrés sur la matière et les matériaux, l'énergie et l'environnement ainsi que la santé humaine. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2000 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d'environ CHF 370 millions. Le PSI fait partie du domaine des EPF, les autres membres étant l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, l’Eawag (Institut de Recherche de l'Eau), l'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) et le WSL (Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage).

(Mise à jour: mai 2016)