L'hydrogène dans tous ses états - 1er décembre 2016

Cluster TechnologyofWalloniaEnergy,EnvironmentandsustainableDevelopment

01décembre2016@MoulinsdeBeez

L'HYDROGÈNE

DANS TOUS SES ÉTATS

CONFÉRENCES

• Laplacedel'hydrogènedanslatransitionénergétique.EdouardVANHEULE,co-fondateurd'H2Net

Productiond'hydrogèneénergieetproductiond'électricité

• Hydrogènerenouvelable:lelienmanquantentrel'électricité,legaz,l'industrieetlamobilité.DenisTHOMAS,EURegulatoryAffairs &BDManager,Renewable Hydrogen,Hydrogenics

• Unesolutionliquideàbased'hydrogènepourfacilitersadémocratisationetsimplifiersonutilisationetsontransport.Pierre-EmmanuelCASANOVA,CEOd'HySiLabs,France

• Lespilesàcombustibleetleursapplications;perspectivesd'avenir.NathalieJOB,professeurassocié,Department ofApplied Chemistry,Ulg

(suiteslidesuivant)

Quelquesapplicationsquepermetl'hydrogèneénergie

• Utilisationdel'hydrogènepourlestockagedel'énergie;unesolutionquiasaplacenotammentdanslesréseauxélectriques.PatrickHENDRICK,professeur,ServiceAéro-Thermo-Mécanique,ULB

• Uneoffrecomplètepourl'utilisationdel'H2,notammentpourlestockageetlaproductiond'électricitédanslesendroitssansréseau.LéopoldDEMIDDELEER,AdministrateurdeMcPhy S.A.,France

• LaSolenco PowerBox,oul'intégrationoptimaledesénergiesrenouvelablesenrésidentiel.JulienNYST,GeneralManager,Giacomini SA

• L'H2,vecteurd'énergiepourleschariotsélévateurs.JonasCAUTAERTS,Energy Environment&Special Applications,ColruytGroup

• L'H2etlacogénération.LaurentVERCRUYSE,Technical Director,ViessmannBelgium

Commentlesproducteursd'électricitéconsidèrent-ilsl'hydrogèneénergie?

• L'hydrogènepourlesproducteurs/distributeursdegazetd'électricitéenBelgique.DanielMARENNE,KeyAccountManager,Engie-Laborelec

(suiteslidesuivant)

4

Objectifspoursuivisparlesacteursdelafilière

• LeprojetWallonHY,uneprisedeconsciencewallonnepourunprojetpilote.DidierVANDERMEERSCH,Co-fondateurd'H2Net

• Laproductionverted'H2enWallonHY à(plusoumoins)grandeéchelle.JorisPROOST,Professeur,DivisionofMaterials andProcessEngineering,UCL

• Visiond'AirLiquidesurl'applicationH2mobilité.ChristianNACHTERGAELE;Director PublicAffairs d'AirLiquideBeneluxIndustries

• PowertoGas,laFeuilledeRoutedelaRégionFlamande.IsabelFRANCOIS,Projectmanager,Waterstofnet vzw

• Versunefeuillederoutepourlesfutursproducteursetutilisateursd'H2enWallonHY.OlivierULRICI,IngénieurProjet,ClusterTWEED

Cluster TechnologyofWalloniaEnergy,EnvironmentandsustainableDevelopment

TWEEDAsblRueNatalis 2– 4020Liège– Belgium

BricoutPaulProjectengineer

[email protected]

OlivierUlriciProjectengineer

[email protected]

CédricBrüllDirector

[email protected]

www.clustertweed.be

La place de l’hydrogène dans la transition énergétique

Edouard Van Heule

Moulins de Beez, 1er décembre 2016

La transition énergétique?• C’est le passage du système énergétique actuel, basé sur des

ressources non renouvelables, vers un bouquet énergétique utilisant

principalement des ressources renouvelables

• Elle est nécessaire car elle répond à deux défis majeurs au niveau

planétaire :

o Le changement climatique

o La raréfaction inévitable des ressources non renouvelables

(Gestionnaire du Réseau de Gaz-France: www.grdf.fr/documents)

2Moulins de Beez, 1er décembre 2016

La transition énergétique est-elle en marche?

• Le WWF nous montre en 15 indicateurs que la transition vers les

énergies propres et durables est bien en marche:

o 90%de la capacité électrique construite dans le monde en 2015 était d’origine

renouvelable

o Les panneaux solaires battent des records de baisse des coûts

o On investit dans le monde deux fois plus dans les renouvelables que dans le

charbon et le gaz

o Certains jours, l’Allemagne est quasiment auto-suffisante en renouvelables

o Etc.

• Le rapport complet incluant analyses et conclusions peut être téléchargé

sur http://www.wwf.fr/vous_informer/rapports


1. C’est quoi, l’hydrogène?

• Un gaz (dihydrogène): la molécule H2 est constituée de deux atomes d’hydrogène

• L’atome d’hydrogène est l’un des plus abondants sur terre. En combinaison à un atome d’oxygène, on retrouve la molécule d’eau H2O

• Un kg d’hydrogène gazeux prend 11 m³• C’est le plus léger des gaz. Sa densité est 4 x plus faible que

celle de l’air• Il se liquéfie à -252°• Sa combustion libère une énergie de 33,3 kWh par kg (soit

l’équivalent de 2,5 kg de gaz naturel, 2,75 kg d’essence et +/- 4kg de charbon)


2. Production du gaz hydrogène

• Très majoritairement produit à partir de gaz naturel, de pétrole ou de charbon

• En 2016, la part produite par l’électrolyse de l’eau est encore faible par rapport aux énergies fossiles

4%

48%

18%

30%

Sources d’H2

électrolyse

Gaz naturel

charbon

Pétrole

2.1 l’hydrogène industriel dans le monde


• Importance économique de l’hydrogène industriel: 90 milliards d’euros en 2013, pour une production de 60 millions de tonnes

• La production se fait par vaporeformage (Steam Methane Reforming – SMR).

• Pour le méthane, il y a réaction à haute température (700 – 1100 °C) entre ce gaz et de l’eau en présence d’un catalyseur à base de Nickel. Mais avant cette réaction, il y aurait entre 7 à 10 kg de CO² pour 1 kg d’hydrogène produit

• Cet hydrogène industriel est utilisé pour des productions dites captives. Deux exemples:• L’hydrogène issu du gaz naturel est utilisé pour désulfurer l’essence

et le gasoil ou encore pour hydrogéner des huiles • Pour la production d’engrais (transformation en ammoniac)

• Voir le graphique:


49%

2%

4%8%

37%

utilisations

ammoniac

aérospacial

gaz industriel

méthanol

raffinage


2.2 Par l’électrolyse de l’eau

• = sa dissociation chimique provoquée par un courant électrique

continu

• Le générateur de ce courant baigne dans un électrolyte et est relié à

2 électrodes (la cathode et l’anode), qui recueillent l’hydrogène et

l’oxygène.

• Il existe plusieurs technologies d’électrolyseurs:

o La technologie alcaline, qui domine le marché

o La technologie PEM (Proton exchange membrane), à membranes

polymères échangeuses d’ions


2.3 Existe-t-il de l’hydrogène naturel?

• Il y a une réponse et un bon exemple concret reçu débu novembre

2016:

PETROMA, société d’exploration et d’exploitation d’hydrocarbures, a découvert des gisements d’hydrogène naturel au Mali, et possède aujourd’hui le seul exemple d’exploitation fonctionnelle de cette ressource, encore inconnue il y quelques années seulement. Le village de Bourakebougou, au nord-ouest de Bamako, est ainsi fourni en électricité par un groupe électrogène alimenté par un gisement d’hydrogène naturel pur à 98%.


http://r.hydrogene-energie.com/2rxnfglu1olk8jd.html

La place ambitionnée par l’hydrogène Energie dans la transition énergétique

• Un combustible à part entière pour la chaleur, la force motrice ou

l’électricité.

• Allié de choix: la pile à combustible (PAC) ou fuel cell (FC)

o Il y a plusieurs types de PAC :

• Electrolyte liquide : les piles alcalines AFC

• Electrolyte solide : les piles acide polymère PEMFC

les piles à oxyde solide SOFC

1. Approche technologique


• Situation en Belgique et en Wallonie des énergies renouvelables:

Voir tableau ci-après qui détaille les 12,7tWh/an générés par

les ENR en 2015:


Les Energies Renouvelables en Belgique Puissances installées jusqu'en 2015 et production d'énergie

Puissance TWh/an Puissance TWh/an Puissance TWh/an Puissance TWh/an

MW MW MW MW

5,7

OFF Shore 1* 712 2,4

ON Shore 2* 809 1,69 0 0 708 1,611 1517 3,3

2*

2310 2,245 54 0,053 838 0,815 3202 3,113

105 0,285

17 centrales 118 centrales 0,25 135 sites

3119 3,935 54 0,053 1546 2,676

5536 9,098

1* L'off Shore est une compétence fédérale et donc bénéficie à l'ensemble de la Belgique

2* On shore ; 698 éoliennes dont 311 en Wallonie et 182 éoliennes Off Shore

3* 1 kWc PV donne en production 972 kWh/an

Source: www.apere.org/observatoires. 4*La très grande majorité de la puissance et de la production d'électricité est située en Wallonie

5* La biomasse -incinération et hors incinération représente 3,700 twh/an et porte le total de la

production annuelle d'énergie électrique renouvelable à 12,7 TWh/an en 2015

Photovoltaïque 3*

Hydraulique 4*

Total Régions

Notes :

Total général Belgique

Total Belgique

Eolienne

Energie Flandre Bxl WalloniePuissance et production en 2015 2015 2015 2015 2015


2. Approche « Marchés »

LES APPLICATIONS STATIONNAIRES

Le Power-to-Gas : par l’électrolyse, l’électricité produit de l’H2 qui peut

être injecté dans le réseau de gaz naturel. Si on ajoute du CO2, il y a

méthanation : cf. Fos-sur-Mer, démonstrateur Jupiter 1000


• L’ Allemagne, qui possède 30 des 50 installations recensées dans le

monde, est très avancée.

• Exemple de E-On à Falkenhagen:


Le stockage pour fournir de l’électricité peut jouer un rôle de

régulation entre offre et demande dans les smart grids.

Les 1ers marchés sont:

1. Les alimentations de secours

2. Les réseaux télécoms (pylônes essentiellement)

3. Les collectivités rurales isolées

4. Les zones insulaires, etc.


Chariots élévateurs : société Hypulsion en 2012, le précurseur

= gain de productivité, pas de salle de charge, remplissage en moins de 5 minutes


La cogénération et la micro-cogénération

http://www.grdf.fr/actualites/chaudiere-pile-combustible-epilog


http://www.grdf.fr/actualites/chaudiere-pile-combustible-epilog

Les applications mobiles

• Les véhicules

o 2015 et 2016 = étapes clés pour le démarrage de la mobilité hydrogène

énergie : vélos, scooters, voitures, bus, camions et trains:



Dans ce bus Van Hool, il y a 35 kg d’H2 à 350 bars, pour 350 km d’autonomie…


• Aujourd’hui, les flottes captives dans les centres urbains sont au

démarrage du marché par exemple :

o La Poste française dispose de 5000 camionnettes Kangoo électriques ,

en a équipé certaines avec prolongateurs d’autonomie à l’hydrogène

o L’opérateur de taxis STEP va mettre en circulation 60 Hyundai IX35 à

l’hydrogène dans les rue parisiennes


• Waterstofnet a publié un document en 2016 intitulé: « National

Implementation Plan of Hydrogen Refuelling

infrastructure in Belgium ». Un aperçu des données:

o Stations de recharge:

Belgique Wallonie

• 2015-2020 25 5

• 2020-2025 75 20

• 2025-2030 150 40

o Véhicules: (en Belgique) Voitures bus

• 2015-2020 1.000 50

• 2020-2025 7.500 250

• 2025-2030 30.000 500


• D’autres applications: bateaux et avions:


Conclusions

• L’hydrogène Energie a commencé à trouver sa place dans la

transition énergétique, même en Wallonie.

• Quelle STRATEGIE pour la Wallonie?

o Où en est-on? Principalement au stade de la R&D

o Où veut-on aller? Objectifs = stockage des ENR (P2E), la mobilité et la

cogénération.

o Comment y aller ? Création d’un cluster Hydrogène Wallonie/Bruxelles

en 2017. Participation aux projets wallons ou /et européens, favoriser la

dynamique PPP.

o Quand? Être à un niveau comparable à la Région Flamande en 2020


MERCI DE VOTRE ATTENTION!


H2 dans tous ses états | Beez, Belgium | 01.12.2016 1

“HYDROGÈNE RENOUVELABLE : LE LIEN MANQUANT ENTRE L’ÉLECTRICITÉ, LE GAZ,

L’INDUSTRIE ET LA MOBILITÉ.”

Denis THOMAS, Hydrogenics Europe N.V.

EU Regulatory Affairs and Business Development Manager for Renewable Hydrogen

« L’hydrogène dans tous ses états », Moulins de Beez, Namur, 1er Décembre 2016


Electrolysers: Power Hydrogen Fuel cells: Hydrogen Power (+ heat)

Electrolysis

Fuel cell

Electrolysis

Fuel cells

WATER (H2O) + POWER HYDROGEN (H2) + OXYGEN (O2)

(+ HEAT) (+ HEAT)

•Industrial applications •Power-to-Gas •Hydrogen refueling stations •Grid balancing

•Back-up power •Stationary power •Combined Heat & Power •Mobile power


Hydrogenics in Brief Global company

Hydrogenics Corporation

Headquarter Mississauga, Ontario, Canada Since 1948 +/- 70 employees Areas of expertise: Fuel cells, PEM electrolysis, Power-to-Gas Previously: The Electrolyser Company, Stuart Energy

Hydrogenics Gmbh

Gladbeck, Germany Since 2002 +/- 15 employees Areas of expertise: Fuel cells, mobility projects, Power-to-Gas

Hydrogenics Europe

Oevel, Belgium Since 1987 +/- 70 employees Areas of expertise: pressurized alkaline electrolysis, hydrogen refueling stations, Power-to-Gas Previously: Vandenborre Hydrogen Systems

In total: +/- 170 employees Incorporated in 1995 [NASDAQ: HYGS; TSX: HYG] More than 3,000 products deployed in 100 countries worldwide Total revenues (2015): 39.5 Mio $ Over 65 years of electrolysis leadership

Production facility

Sales office


Alkaline & PEM electrolysis | Product’s line

Alkaline PEM (Proton Exchange Membrane)


Global Hydrogen Market

But most of the hydrogen produced today is not CO2-free (from gas, oil,

coal)

If produced from renewable power via electrolysis, hydrogen is fully

renewable and CO2-free.

Renewable hydrogen has the potential to decarbonize a large

range of applications

Main industries consuming hydrogen • 50%: chemical industry (ammonia, methanol) • 43%: oil refineries • 6%: float glass, steel and semi-conductors • 1%: power plants, oil hydrogenation and mobility

Total consumption 2014 = 571 bcm H2

Data source: The Hydrogen Economy, M. Ball 2009 & Esprit Associates 2014


Fuel cells solutions: from power modules for turnkey systems

Cell stack Balance-of-Plant

• MEA - Membrane Electrolyte Assembly

• Bipolar plates • Gas Diffusion layer • Gaskets

• Multiple cells layered • End plates • Tie rods • Spring washers • Bus bar interfaces • Fuel cell voltage

monitor

• Fuel management • Air management • Water management • Coolant pump and control • Control hardware and

software

• Power conditioning • Hybrid energy storage • Hybrid control hardware and software • Cooling or heat exchanger (or CHP) • H2 storage

PEM Single Cell Fuel Cell Power Module Fuel Cell System


KOLON Water & Energy, South Korea (2015) Repowering of by-product hydrogen from chemical industry

• OBJECTIVES

– Process Plant with by-product hydrogen

– Korean government provides incentives (feed-in) for power produced from hydrogen

• SOLUTION

– >1 MW HyPM-R based on HyPM-R120 fuel cell racks

– Grid feed inverters, outdoor containers

– Joint venture power purchase agreement (PPA)

– 20 year Service agreement

– Commissioned October 2015

– 2x40ft containers

• More information: http://www.hydrogenics.com/about-the-

company/news-updates/2014/06/23/hydrogenics-signs-agreement-to-create-kolon-hydrogenics-joint-venture-for-power-generation-in-south-korea

http://www.hydrogenics.com/about-the-company/news-updates/2014/06/23/hydrogenics-signs-agreement-to-create-kolon-hydrogenics-joint-venture-for-power-generation-in-south-korea




































Fuel cells for mobility applications Many references

Canary Islands, Spain Toronto Canada

TACOM/General Motors

Los Angeles, CA Los Angeles, CA, USA

Basel, Switzerland

Berlin, Germany

Konstanz, Germany

H2Fly, DLR, Germany

ALSTOM, Germany

Riversimple, UK


Power-to-Mobility

Alstom Transport | Zero-emission (hydrogen) train | Coradia iLint

Source: Alstom

• ~50% of rail network in Germany is not electrified (operated with diesel)

• More stringent regulation (exhaust emission, noise) and expected price increase for diesel

• LOI from 4 German States to buy min 40 zero emission passenger trains (2014)

• 1st train (2016) with hydrogen fuel cell

• Commercial service expected by 2020


[Renewable] Hydrogen


Power-to-Gas

• OBJECTIVES

– Development of 1,5 MW PEM Electrolysis Stack and System

– Validate PEM technology in operational environment

– Gain experience in technology and cost.

– Feed hydrogen into the medium-pressure distribution natural gas pipeline at 30 bar without compression.

• SOLUTION

– 1x HyLYZER®-285-30 PEM electrolyser with all peripherals in 40ft. housings for max 285 Nm³/h H2 at 30 bar (Power: 1.5 MW)

• PARTNERS:

• More information: www.windgas-hamburg.com

WindGas Reitbrook (Hamburg), Germany (2015) Direct injection of hydrogen in natural gas grid (distribution)

Photo credits: Uniper Energy Storage GmbH

http://www.windgas-hamburg.com/




Power-to-Gas

• OBJECTIVES

– Demonstrate capabilities to provide energy storage services to the Danish energy system.

– Demonstrate capability and economic viability of oxygen and heat recycling in the on-site wastewater operations

– Biological methanation system to produce pipeline-grade renewable gas (CH4) and feed into the gas distribution grid at 3.6 bar

• SOLUTION

– 2x HySTAT™ 100 (Alkaline) with all peripherals to produce 100Nm³/h H2 (Power: 1MW)

• SUPPORT

– This project receives financial support from the ForskEL program, administered by Energinet.dk.

• More information: www.biocat-project.com

BioCat, Avedøre, Denmark (2016) Biological methanation and SNG injection in distribution gas grid

4 April 2016

http://www.biocat-project.com/




Power-to-Gas

BioCat, Avedøre, Denmark (2016) Biological methanation and SNG injection in distribution gas grid


Power-to-Mobility

Hydrogen refueling stations > 50 references with onsite hydrogen production

Shell, Santa Monica, USA Aberdeen Hydrogen Bus Project, Scotland, UK, 2015

Stockholm, Sweden, 2005

Oslo, Norway, 2012 Vattenfall, Hamburg, Germany, 2012 Barcelona, Spain, 2005


Power-to-Mobility

Power-to-Mobility

Example: Toyota MIRAI

• Hydrogen refueling stations with onsite hydrogen production

• For cars (700 bar), a refueling takes 3-5 min for a driving range of 400-500 km

• For buses (350 bar), a a refueling take 10 min for a driving range of 350 km

HRS Colruyt, Halle, Belgium


H2 Mobility Belgium

More information: www.waterstofnet.eu

http://www.waterstofnet.eu/


[Renewable] hydrogen Selection of recent demonstration projects

Main conclusions from these projects:

1. Hydrogen technologies work fine and deliver according to expectations.

2. There is still room for further technical improvement but no technology breakthrough is expected.

3. There is a important potential for further cost reduction: going from project manufacturing to product manufacturing

4. Energy regulatory framework is no suited for these applications and business operation of these projects remains very challenging

Country Project Size Year Electrolyser technology

Po

we

r

Gas

Ind

ust

ry

Mo

bili

ty

Fue

l

Thailand EGAT 1.2 MW + 500 kW FC 2017 PEM •

Canada Embridge P2G 2 MW 2017 PEM •

Germany MefCO2 1 MW 2017 PEM •

Denmark HyBalance 1.2 MW 2017 PEM • •

UK Levenmouth 370 kW + 100 kW FC 2016 Alkaline + PEM • •

Denmark BioCat 1 MW 2016 Alkaline •

Italy Ingrid 1 MW 2016 Alkaline • • •

UK Aberdeen 1 MW 2016 Alkaline •

Germany WindGas Reitbrook 1.5 MW 2015 PEM •

Canada Raglan Copper mine 350 kW + 200 kW FC 2015 Alkaline •

Belgium DonQuichote 150 kW 2015 Alkaline + PEM • •

Germany WindGas Falkenhagen 2 MW 2014 Alkaline •


Hydrogen | Basics maths

Hydrogen physics

• 1 kg 11,1 Nm³ 33,3 kWh (LHV) and 39,4 kWh (HHV)

• High mass energy density (1 kg H2 = 3,77 l gasoline)

• Low volumetric density (1 Nm³ H2 = 0,34 l gasoline)

Hydrogen production from water electrolysis (~5 kWh/Nm³ H2)

• Power: 1 MW electrolyser > 200 Nm³/h H2 > ± 18 kg/h H2

• Energy: 1 kg H2 > 11.1 Nm³ > ± 10 liters demineralized water > +/- 55 kWh of electricity

Cars and buses

FCEV H2 tank H2

consumption

Driving

range

Annual driving

distance

Annual H2

consumption

Car (passenger) 5 kg 1 kg/100 km 500 km 15.000 km 150 kg

Bus (12 m) 35 kg 10 kg/100 km 350 km 60.000 km 9 tons


Opex ~2%

Capex

~20%

Wholesale Price

Electricity

~30%

Grid Fees and Levies

~50%

Hydrogen Cost

Service Income (balancing)

~xx%

Renewable Credit:

Technology Push

& Market Pull

measures

~xx%

Feedstock Income

(H2, O2, Heat)

~xx%

Investor Bonus

Business Case Drivers


0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

Heating & Cooling Electricity Transport

ktoe

Overall share of energy from renewable sources (EU28, 2014)

Non-renewable

Renewable

The role of energy vectors (electricity and hydrogen) in the decarbonisation of the EU energy system

Data source: EUROSTAT, SHARES 2014 Illustrative for future scenario

ENERGY EFFICIENCY

RENEWABLES

Biomethane Green gas (H2, SNG)

Fuel cells (CHP) Heat pumps

Hydro, Biomass, Geothermal, Wind, Solar

Fuel cells Batteries

Biofuels Fuel Cell Electric Vehicle Battery Electric Vehicle

17,7% 27,5% 5,9%

H2 2014

2014 2014

Future?

Future?

Future? e-

Hydrogen

Electricity

Other renewables

2014

Future?


Concluding remarks

• Electrolysers and fuel cells technologies are mature technologies ready for market introduction

• If governments want to meet COP21 (Paris) objectives, hydrogen will definitely be part of the energy landscape

• Existing regulating framework should be adapted for hydrogen and other ‘sector coupling’ technologies

• What will be the role of hydrogen in Wallonia?

• There are large funding programs at EU, national, regional levels. What about the first hydrogen demo projects in Wallonia?


Denis THOMAS | Renewable Hydrogen EU Regulatory Affairs & Business Development Manager

Mobile: +32 479 909 129 | Email: [email protected]

Thank you for your attention

H22

H2

3

5

+

7

Multinational investment company

Second largest retail group in the world after Walmart

9

Long-term market

2017 2019 2021$250k $2M $5M

1 kW 100 kW

1 MW

&10

11

Eric TaupinDevelopment Engineer

B.S, M.S

Vincent LômeCSO

B.S, PhD

Pierre-Emanuel Casanova

CEOB.S, M.S

Patricia MayerBusiness Developer

B.S, M.S

Advisors

12

Supported By

$500 000 granted to date

13

Les piles à combustible et leurs applications

Perspectives d’avenir

Nathalie Job

Université de Liège

Department of Chemical Engineering – Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry (NCE)

www.nce.ulg.ac.be

Beez – L’hydrogène dans tous ses états – 01/12/2016

Transformation

Utilisation directe

Energie brute Stockage et restitution

Contexte

Energie et développement durable


Consommation mensuelle

MWh

0,5.105

1,0.105

t

Contexte

La Libre Belgique – 10/09/2013


Régulation

offre/demande ?

août

février


//commons.wikimedia.org/wiki/File:Consommation_journali%C3%A8re_hiver-%C3%A9t%C3%A9.jpg

Contexte



http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=71Cl4zmnvVbPQM&tbnid=30xn-Es4Dtv8VM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.lepoint.fr/auto-addict/strategie/bonus-ecologiques-le-gouvernement-revoit-sa-copie-31-07-2012-1491416_659.php&ei=oi4wUqPuOuia0AWjp4GIBw&bvm=bv.51773540,d.ZG4&psig=AFQjCNHI-9RKpZ4ju8B3ArcC-U2tOGf4cw&ust=1378975771573121

http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=3e__rS3HE2wd6M&tbnid=b3r8opXzpgOhKM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.on.ec.gc.ca/pollution/ecnpd/inside-computer_f.html&ei=Cy8wUtzaO_OY0AXIzoDACw&bvm=bv.51773540,d.ZGU&psig=AFQjCNGwAIUR9kEwkWIPUeoJYxFR5bYJ_g&ust=1378975870486388

http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=vJZ3C3-nzeJ42M&tbnid=Gw9OeRRuDX5NZM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.rueducommerce.fr/destockage/Ordinateurs/Ordinateur-Portable/DELL/4859172-Latitude-5400-Ultra-Portable-14-1-Intel-Core-2-Duo-T7250-2-0-GHz-80-Go-RAM-1024-Mo-Intel-GMA-X4500HD.htm&ei=Oi8wUuivPKPF0QX4woGIDw&bvm=bv.51773540,d.ZGU&psig=AFQjCNHVIQnYnDEHmM9B1Ft3OJErVeld0g&ust=1378975915408414

http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=YpW6Gxc_fYqzOM&tbnid=xzQQ539nyFJh5M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.unixgarden.com/index.php/misc/banques-en-ligne-a-la-decouverte-demv-cap&ei=ai8wUvKwCOb80QXLpYHgDw&bvm=bv.51773540,d.ZGU&psig=AFQjCNHVIQnYnDEHmM9B1Ft3OJErVeld0g&ust=1378975915408414

Voie thermomécanique Combustion

Moteur thermique

Alternateur

Rendement limité par le

principe de Carnot:

hmax = 1-Tc/Th = 40-60%

Comment transformer en électricité

l’énergie disponible dans un corps chimique ?

H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (g)

Voie électrochimique : Pas d’intermédiaire mécanique

hmax = DG/DH

DG = -229 kJ/kmolH2

DH = -242 kJ/kmolH2

ηmax = 95 %

DG = DH - TDS

+ -

cellule

récepteur

e-

réactifs produits

Performances des systèmes électrochimiques



Exemple: piles à combustible



Piles à combustible

2H2 + O2 2H2O

Pt

1960

2,5 W/gPt

1kW

Francis Bacon

(1959)

2010

1.200 W/gPt

1MW

Amélioration des procédés

de fabrication/assemblage


//commons.wikimedia.org/wiki/File:Gemini_6_7.jpg

Systèmes utilisateurs

Matériau Application


Systèmes utilisateurs

De

nsité

d’é

ne

rgie

(W

h/k

g)

Densité de puissance (W/kg)

1 heure

PACs

Ultracaps

Capacités

10 heures

1 seconde

0.03 seconde

PAC

Supercap

Batterie

Toyota Mirai

Commercialisation : 2015

2015 700 unités

2016 3.000 unités

2017 20.000 unités


http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=CNSYGlTo7Nop_M&tbnid=XJuV6D1tphdTCM:&ved=0CAUQjRw&url=http://daryanenergyblog.wordpress.com/peak-oil-primer/part-4_energy_efficiency/4-2-1-powertrain-options/&ei=dDswUqLPJLSb0wWygoDwAw&bvm=bv.51773540,d.ZG4&psig=AFQjCNG_hzDqZnsYYDFXvG4gkfBMtPfAlQ&ust=1378978987406075

Systèmes électrochimiques

Sép

ara

teu

r

Ele

ctr

oly

te

Ele

ctr

oly

te

An

od

e

Cath

od

e

Co

lle

cte

ur

de c

ou

ran

t

Co

llecte

ur

de c

ou

ran

t

e-e-

ions

Eléments en série = pack ou « stack »


Systèmes électrochimiques

Piles à combustible PEM

Plaque bipolairePlaque bipolaireMembrane

Anode Cathode

H2 air

air + eauH2

(recirculation)


Composants

Sép

ara

teu

r

Ele

ctr

oly

te

Ele

ctr

oly

te

An

od

e

Cath

od

e

Co

llecte

ur

de c

ou

ran

t

Co

llecte

ur

de c

ou

ran

t

e-e-

ions


Composants

Hydrogène

Electrolyte

eau

Système ouvert


Composants

Hydrogène

Electrolyte

eau

Système ouvert


Composants

Hydrogène

Electrolyte

eau

Système ouvert


Composants

Sép

ara

teu

r

Ele

ctr

oly

te

Ele

ctr

oly

te

An

od

e

Cath

od

e

Co

llecte

ur

de c

ou

ran

t

Co

llecte

ur

de c

ou

ran

t

e-e-

ions


http://www.google.be/url?sa=i&source=images&cd=&docid=PaZ6zdEDiZwe9M&tbnid=IRZcjyGzYB09NM:&ved=0CAgQjRwwADgl&url=http://iopscience.iop.org/0965-0393/20/7/075002/article&ei=0UkwUqCaNuaQ7AbZ_YCAAg&psig=AFQjCNE6utHS8VLrB0hRBazy4hWWG6UG1g&ust=1378982737950267

Composants

Couche catalytique

cathodique (Air)

Couche

de

diffusion

Membrane

Nafion®

Couche catalytique

anodique (H2)

Couche de

diffusion

Couche catalytique

cathodique (Air)

Couche

de

diffusion

Membrane

Nafion®

Couche catalytique

anodique (H2)

Couche de

diffusion

Couche de

diffusion

Couche catalytique

anodique (H2)

Couche catalytique

cathodique(O2)

Couche

de

diffusion

Nafion®


20 - 30 nm

me

mb

ran

e

me

mb

ran

e

co

uch

e d

e d

iffu

sio

n

co

uch

e d

e d

iffu

sio

n

couche

catalytique

20 - 30 nm

couche

catalytiquestructure rigide 3D

Pt/noir de carbone Pt/xérogel de carbone

Micromonolithe de

xérogel de carbone

Composants

Pile à combustible PEM

20 – 30 µm

matériau nanostructuré

séparateur

électrolyte


O2

20 - 30 nm

me

mb

ran

e

me

mb

ran

e

co

uch

e d

e d

iffu

sio

n

co

uch

e d

e d

iffu

sio

n

couche

catalytique

20 - 30 nm

couche

catalytiquestructure rigide 3D

Pt/noir de carbone Pt/xérogel de carbone

Micromonolithe de

xérogel de carbone

Composants

Pile à combustible PEM

matériau nanostructuré

séparateur

20 – 30 µm

électrolyte20 nm

e-

H+

O2 + 4e- + 4H+ 2H2O

Pt/C

Pt


Matériaux


Chaîne complète

Challenges- Amélioration des performances

- Augmentation de la durée de vie

- Diminution du coût

- Matériaux/procédés plus écologiques

- Matériaux non critiques

- Scale-up

- Assemblage

- Recyclage

Matériau Application


Focus sur les piles à combustible PEM

Applications spatiales et militaires


http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=fuel+cells+military+applications&source=images&cd=&cad=rja&docid=pGg84v-r1iGwAM&tbnid=-9p-5LW2pbqUMM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.fuelcelltoday.com/about-fuel-cells/applications/portable&ei=vectUZ-6Lcim0QWX3IGYBg&bvm=bv.42965579,d.d2k&psig=AFQjCNE1gbHQSDBUxzSn1SPppn06Ij4E7Q&ust=1362049324718118


Applications civiles


http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=niche+market+fuel+cells&source=images&cd=&cad=rja&docid=lqMIpDVEeYDTwM&tbnid=XjzAiOc6KFJQ3M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.greentechmedia.com/articles/read/will-oorja-drive-to-fuel-cell-profitability&ei=QuItUZnDMaeZ0QXeuYCoAg&bvm=bv.42965579,d.d2k&psig=AFQjCNHXBAt1Nbc5lhHQe3J6zlTfx0DsTA&ust=1362047897620319

http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=remote+electricity+production+fuel+cell&source=images&cd=&cad=rja&docid=93P8Ny7wBHcgwM&tbnid=Ww2cPBUPm6FInM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.trulitetech.com/applications.html&ei=ZOUtUZbmL8iV0QWy3IGoAg&psig=AFQjCNEwD3-2TaHoqBUm3Qs2yBu-tRCHRA&ust=1362048650987473


Applications civiles - automobile

Toyota MiraiMazda Premacy Hydrogen RE Hybrid

Honda Clarity

Chevrolet Equinox

Mercedes Classe B


http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCOCNnvTN-8cCFcwPGgodoaoOzA&url=http://fr.ubergizmo.com/2009/05/26/mazda-livre-la-premiere-voiture-hybrid-premacy-hydrogen-re.html&psig=AFQjCNEQKZeUpxT1VVYzZFEoVu8jjRsx1A&ust=1442494763655384

47%

24%

18%

11% Couchescatalytiques

Plaquesbipolaires

Membrane

Couches dediffusion

Catalyseurs

Plaques bipolaires

Couches de

diffusion

Membranes

• Coût : marchés de niche marché de volume

– Actuellement : 1.000 – 3.000 €/kW

objectif 2020: automobile 50 -100 €/kW

stationnaire (installé avec périphériques) : 1.000 €/kW


Obstacles au développement industriel

Sources: DOE – FCH-JU


• Coût : marchés de niche marché de volume

– Actuellement : 1.000 – 3.000 €/kW

objectif 2020: automobile 50 -100 €/kW

stationnaire (installé avec périphériques) : 1.000 €/kW

Marché en croissance:

2009: 336 M€ 2013 : 716 M€ 2014 : 1,2 G€

Marché attendu :

2016 : 1,6 G€ 2020 : > 5 G€

• Durée de vie

- Actuellement : automobile : 2.000 – 2.500 h objectif : 5.000 h

stationnaire : 10.000 h objectif min. 20.000 h

• Infrastructure

- Fabrication/distribution d’hydrogène


Sources: DOE – FCH-JU

Obstacles au développement industriel


Matériaux - challenges

Membranes

- résistance à la température

- résistance à l’environnement chimique

- résistance mécanique

- diminution du coût

Catalyseurs

- durée de vie

- diminution de la quantité de platine

- remplacement du platine ?

Plaques bipolaires

- compacité

- matériaux légers

- diminution du coût


http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=stainless+steel+bipolar+plates&source=images&cd=&cad=rja&docid=vICXj0NxIxlKZM&tbnid=5myXMvsOR03MHM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.h2fc-fair.com/hm07/exhibitors/dana.html&ei=6uAIUbWTB4yU0QWQ3IDoCA&bvm=bv.41642243,d.d2k&psig=AFQjCNGwFmogZ3x--olbPmSz0z-h1oQ2Ow&ust=1359622716920699

Assemblage - challenges

- Matériaux répondant au cahier des charges

- Fabrication en série ?

- Management thermique ?

- Stacking ?



http://www.toyota-global.com/innovation/environmental_technology/fuelcell_vehicle/index.html

Fabrication et intégration














Réseaux de distribution ou utilisateurs ??

L’hydrogène comme vecteur énergétique


www.nce.ulg.ac.be

Merci pour votre attention !


Matériau

Composant

Système

U"lisa"on de l’hydrogène pour le stockage de l’énergie Une solu"on qui a sa place notamment dans les réseaux électriques

Hydrogen for (seasonal) energy storage

Prof. P. Hendrick [email protected]

Ir G. Oliveira Silva [email protected]

H2Net P. Hendrick G. Oliveira Silva 01st December 2016

PRESENTATION OUTLINE •  INTRODUCTION

WHY ENERGY STORAGE? STORAGE TECHNOLOGIES

•  WHY H2 FOR STORAGE ? POTENTIAL CUSTOMERS ANALYSIS OF THE COSTS HYDROGEN SAFETY HYDROGEN PRODUCTION

•  CONCLUSIONS

2


INTRODUCTION

INTERMITTENT ENERGY PRODUCTION

IMBALANCE BETWEEN ENERGY PRODUCTION AND ENERGY CONSUMPTION

ENERGY STORAGE

3

H2Net

P. Hendrick G. Oliveira Silva 01st December 2016

INTRODUCTION – SEASONAL STORAGE 4

H2Net P Hendrick G Oliveira Silva 01st December 2016

INTRODUCTION APPLICATIONS FOR ENERGY STORAGE •  MANAGEMENT OF VARIABLE ENERGY SOURCES “VIRTUAL POWER PLANT”

•  POWER QUALITY •  BLACK-START CAPABILITY ABILITY TO START-UP AND PROVIDE ENERGY WITHOUT EXTERNAL POWER

•  COMMODITY STORAGE STORAGE OF CHEAP OFF-PEAK ELECTRICITY, SOLD LATER AT A HIGHER PRICE

•  TRANSMISSION & DISTRIBUTION STABILIZATION CONTROL OF REACTIVE POWER, FREQUENCY AND VOLTAGE

•  INVESTMENT DEFERRAL •  AUTO-CONSUMPTION / ANTI-BLACK-OUT

5


STORAGE TECHNOLOGIES 6


STORAGE TECHNOLOGIES 7


STORAGE – WHY H2 8


Energy storage technologies – H2

Wind Hydro system in Utsira,Norway (NewEnergy and Fuel)

1) Variable energy produc3on 2) Efficiency increase

1) Energy storage 2) Consump3on deferability

•  How much storage is needed? •  How much will it cost and who should pay for it? •  Which technologies should be used? •  How to improve the exis"ng solu"ons? •  What is the impact on fossil power plants?

Poten"al customers

Poten"al customers

Energy @ Home

Customers’ requirements D

isch

arge

tim

e (m

inut

es)

Power (MW)

1

0,1

1000

100

10

0,1 1 10 100 1000

Energy @ Home -‐ MESB

Technological / Economical choice

•  P: Rated power •  Cp: Capital cost per unit power •  E: Storage capacity •  Ce: Capital cost per unit energy •  T: Life "me of the technology •  η: Efficiency

First considering the customer’s technical requirements

HYDROGEN STORAGE – ANALYSIS OF COSTS 15

ELECTROLYZER ENGINE – FUEL CELL TANK COMPRESSOR SAFETY & MONITORING



ELECTROLYZER

30%

50%

70%

1 10 100

Efficien

cy % (H

2 HH

V)

Power kW

10

100

1 10 100

Mass k

g/kW

Power kW

y=37,3x-‐0,075



FUEL CELL

20%

30%

40%

0,01 0,10 1,00 10,00 Efficien

cy % (H

2 HH

V)

Power kW

Stack Fuel cell

H2NET P. Hendrick G. Oliveira Silva 01st December 2016


H2 TANK



5

20

35

50

65

10 100 1000

Cost fo

r a 20 year life3m

e c€

2012/

kWh O

UTP

UT

Energy kWhOUTPUT

kin=kout kin=2kout

kOUT=1h

kOUT=4h

kOUT=10h

kOUT=50h kOUT=150h



SENSITIVITY ANALYSIS


CONCLUSIONS 21

Cost (c€2012/kWh) Mass (kg/kWh) Volume (l/kWh)

Energy (Wh) 2k 10k 100k 1M 2k 10k 100k 1M 2k 10k 100k 1M

Techno

logy

Pumped hydro -‐ 72 58 -‐ -‐ 37k 37k -‐ -‐ 37k 37k -‐

CAES -‐ 11 9 8 -‐ 88 88 88 -‐ 106 106 106

Hydrogen -‐ 40 22 12 -‐ 24 19 17 -‐ 102 101 101

Lead acid flooded

54 46 46 46 53 53 53 53 24 24 24 24

Lead acid sealed 75 68 68 68 62 62 62 62 27 27 27 27

Lithium-‐ion 22 22 22 22 14 14 14 14 9 9 9 9

Thermal -‐ 0,9 0,6 0,4 -‐ 14 14 14 -‐ 14 14 14

MESB P. Hendrick G. Oliveira Silva 01st December 2016

Electricity + Heat (Cogen -‐ CHP)

GH2 HYDROGEN FOR SEASONAL STORAGE

22


400

600

800

1000

1200

1400

0 2 4 6 8 10

Pric

e (€/

kW)

Power capacity (kW)

2015

2016

0

500

1000

1500

2000

0 5 10 15 Pr

ice

(€/

kWh

) Battery useful energy capacity (kWh)

Lead-acid

Li-ion

Driving Clean Energy

Forward

Technologies pour la production et le

stockage d’hydrogène .

Développements et applications industrielles

Léopold Demiddeleer

« L’hydrogène dans tous ses états » - Beez - Décembre 2016


Forward

• Contexte des énergies renouvelables

• L’hydrogène

• Les solutions de McPhy Energy

Contexte .

3

- Globalement

Approche politique globale pour limiter les conséquences des

impacts des activités humaines en terme de réchauffement

climatique (… COP 21, 22…)

- Régions / Pays

Encadrement de la politique par des outils légaux : « Transition

énergétique » en France, « Energiewende » en Allemagne,

« Thermal vehicle ban » Pays-Bas, Scandinavie …

- Industries

Déploiement de stratégies d’entreprises spécifiques, basées

sur les énergies renouvelables :

- Toyota, Engie, EON, RWE …

Energies renouvelables en 2015

4

La progression des Energies renouvelables

- Sur 908 GW installés en Europe en 2015 :

26,1% solaire et éolien

- 77% des nouvelles installations de 2015

basées sur les Energies renouvelables

- Sur les 8 dernières années, les Energies renouvelables ont contribué à

55 % des capacités nouvelles

> La croissance de la valorisation des énergies renouvelables implique de développer des moyens de valorisation des pics de production > Stockage « énergétique »

Challenge des énergies renouvelables

Limites des technologies actuelles liées à la

› Production irrégulière

› Saturation des réseaux en période de « pics »

› Prévisions difficiles

5

Energies

renouvelables

- solaire

- éolien

6

Hydrogène : Contexte

… Le gaz a certaines vertus, en particulier celle de pouvoir

être stocké, et l’électricité est pour l'instant le seul moyen

d'alimenter nos nombreux appareils électriques.

… Cette nouvelle approche - via l’hydrogène - permet de

valoriser les excédents de production d’énergie renouvelable,

et ouvre un gigantesque potentiel, ….que ce soit dans le

domaine du stockage ou dans celui de la mobilité ».

T Lepercq DGA ENGIE

L’hydrogène - par sa flexibilité d’usage - sera un

acteur majeur dans la révolution énergétique :

- Production d’énergie primaire

- Matière première « chimique »

- Source d’énergie pour la mobilité décarbonée

Production Stockage Applications Conversion

Stockage en réseau de gaz Turbine Gaz

Hydrogène : « agent » flexible .

Production irregulière

Production stable

CH

4

H2 Industrie

Energie (Reélectrification)

PAC

Mobilité (H2-Fuel) H2

CH4

Matières premières

inje

ction

Methane production / Utilisation

chimique / …

Électrolyse

7

Réseau

7

Solaire

Eolien

Fossile

H2

H2

H2

CO2

http://www.siemens.com/press/pool/de/pp_pg/2006/sc_upload_file_sopg200603_01_72dpi_1387042.jpg

Exemple : Mobilité

Batteries

› 150-250 km

› Reload : 2 - 8 hours

› Light cars

Hydrogène

› 500 km

› Refull : <50 €, 3 - 5 min.

› All cars

8

Véhicules Hydrogéne :

+ : limitation des émissions CO2 et avantages des véhicules « classiques »

- : stations de remplissage ( cf politique d’implantation globale au Japon)

Europe transport par routes ≈ 17 % emissions CO2

Emissions comparées (gramme de CO2 / km) Source : McKinsey, Power trains for Europe

Exemple : Mobilité

9

Voitures : exemples Réseaux de stations de remplissage H2

Network HRS

› 330 ** vs. >230 000 tank stations (Europe, USA, Japan)

Investment HRS

› HRS small: 200 K€ / 300 K€

› HRS large : 1 M€ / 2 M€

Pionniers : D, GB, California, Japon, Korea

UK Germany

Honda (FCX Clarity)

Hyundai (ix 35 FCEV)

Toyota (FCV Concept)

* HRS : Hydrogen Refueling Station ** source : H2mobility.org

Hydrogène .

10

• Ressource illimitée par électrolyse de l’eau

• Autre source industrielle : reforming du gaz

• Matière première pour l’industrie

• Produit et utilisé depuis plus de 100 ans

• 60 M tonnes/an , ≈ 30 Mds €

› Energie pour les engins spaciaux

› 1kg H2 = 33,3 kWh

› 1kg H2 = 100 km voiture

Gaz léger mais difficile à stocker


Forward

• Contexte énergétique

et les énergies renouvelables

• L’hydrogéne

• Les solutions de McPhy Energy

Produits innovants pour la production, le stockage et la distribution d’H2

Large

electrolyzers

>500 kW

100/500 (or

more) Nm3/h

Small & mid

electrolyzer

<500 kW

1/100

Nm3/h

Disruptive H2

solid storage

technology

MOBILITY

& ENERGY

STORAGE

HYDROGEN

FOR INDUSTRY

Réponses aux besoins de marchés en croissance rapide

Electrolyse Stockage H2 stations

› Engineering: design and project execution

› Customer Assistance: maintenance and training

› Supervision and IT control : remote access, dashboard

HRS

10 to

200 kg /

day

McLyser McStore McFilling

Production and storage of H2

on site without CO2

Concept industriel intégré limitant les émissions de CO2

Competiveness

› Electrolysors : 1 000 € / kW

› 5 € / kg H2 (vs. 5 € à 50) for

tradionnal supply

› ROI : 2 – 3 y

Advantage for customer

› NO logistic

› Garanty of supply

› Safety

Advantage for supplier

› Large number of proposals for

supply

› Contracts on long term basis

› Services agreement

13

McPHY Stockage H2 .

H2 Métal Hydrides

Sponge concept

Hydrides (43 g / 0,5 Nm3 H2)

100 disks (4 kg H2)

Assembly Électrolysor alcaline

+ storage unit

› 13 ans de R&D, 8 brevets

› Stockage sur Hydrures

› Stockage à haute densité

› Stockage à basse pression et à haute sécurité

GLOBAL SOLUTION STORAGE UNIT MODULE DISK LABOS

14

Perspectives marchés

Croissance rapide liée à la mobilité (B€)

Stations H2

Stockage

énergies

renouvelables

Réalisations et projets .

16

Chine

HEBEI Construction Storage of Wind Gas

2 x 400 Nm3/h – 4 MW + Solid Storage

Delivery end 2017


17

France

Jupiter (Fos)

Storage of Wind Gas 200 Nm3/h – 1MW

including 0,5 MW PEM + Option HRS

beg. 2018

6 H2 workshop

PUS

Storage of PV 30 Nm3/h – 150 KW

+ Solid Storage

Mobility HRS

Electronic Industry

beg. 2017


Allemagne BERLIN AIRPORT

PROJECT

WERLTE

› 6 MW

› Opérational

› Station H2

› May 2014

› Electrolysor : 0,5 MW - 100 Nm3/h

› Storage : 100 kg H2

Développement commercial

Commandes : 2015.4 M€, 2016:14 M€, 2018: 30 M€


Forward

En résumé : - Le marché des équipements pour la production, le

stockage et la distribution d’hydrogène destinés aux marchés de la mobilité et du stockage d’énergies renouvelables devrait atteindre 6 milliards € en 2025.

- Les technologies développées par McPhy lui permettent d’être un acteur important de ces marchés.

- Les premières réalisations industrielles ont démontré les performances techniques et la robustesse de ses produits .

Merci de votre attention ! Bonne route !

22

Stockage hydrogène

H2 : storage agent

Hydro electricity represents 99 % of present storage but…

› Low density

› Limited number of sites

› Environmental impact

Hydrogen is a flexible and reliable storage

› Capacity

› Load time

› Proximity

› Bridge between gaz and electricity

1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1 GW

Min

ute

s

Heure

s

Jours

Sem

ain

es

Batteries

Lithium-Ion

Batteries

Plomb-Acide Batteries NaS

Stockage

hydrogène

souterrain

Stockage d’énergie par puissance / temps de décharge Source : McPhy

Pompage-hydroélectrique Micro Petit Moyen Grand

23

Tem

ps d

e d

écharg

e

Puissance

Presentation H2Net Namur, 1er Décembre 2016

Energy storage is a game-

changer for Renewable

Energy

SME with World-class

Minority Shareholders

Solenco Power NV © 2016

Dr. Hugo Vandenborre

1 of 12 Members of the

High Level Group of the

European Commission

Honorary Chairman of the

Board of Directors of

Stuart Energy Inc.

(TSX: HHO)

Until mid-’08 Chairman of

Hydrogenics Europe

(NASDAQ: HYGS)

Public Company: SOLB

Active in different

industry sectors

including energy and

environment

Market driven innovation

World wide presence

12,4 Billion € Net sales

30,900 Full Time

Equivalents

Family Owned Company

Dominant presence in heating

and cooling components and

systems for a.o. the

residential sector

Italy based with 16

International Subsidiaries

within 3 Continents

0,2 Billion € Net sales

950 Full Time Equivalents

Solar Energy Conversion

Power Corporation nv


SOLENCO POWER nv

SOLENCO POWER nv – Our Vision


SOLENCO POWER nv – Our Vision


Our Product: Solenco PowerboxTM

6

Your Residential Energy

Storage and Production


Solenco Power Box Technology

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Unique technology

protected by world wide

Patents


Comparison with Competing Technologies

8

Unique product that

solves Energy

bottleneck

Consumer Need Description SPBTM Batteries Gas

mCHP

Energy Storage Store electric energy X

Electricity and

Heat

Both energies produced by one

device X

Stabilizes Grid Reduced volatility of variable

Renewable Energy Sources X

Zero-carbon No CO2 emissions X

Integrated Different sources in one

integrated solution X X

Green solution No toxic waste X


9

Unique product that

solves Energy

bottleneck

Monitor and control the energy flow

of your home, at any time, at any

place, from your hand.

IoT*

Technology

The Solenco

PowerboxTM has

integrated Smart

Sensors that allows

the exchange of

information.

(*) IoT: Internet of Things

Opportunity for substituting Centralized Power Plants


SOLENCO POWER nv

The Solenco PowerboxTM is the

missing link

• For mass uptake of residential Solar PV.

• For your insurance against rising energy

prices.

• To make you independent from the

electrical grid as well as the natural

gas network.

• And… Solenco Power NV © 2016

The Solenco PowerboxTM Design

11

Your Residential Energy

Storage and Production


Solenco PowerboxTM

Modular Build Up of

Power and Energy


Solenco PowerboxTM


changer for Renewable Energy

Step 1 EU 28 (Now-2019)

Step 2 +North America (2020)

Step 3 +Asia (2021)

10.000 units in

2020:

by adding North

America with

priority focus on

Ontario (Canada)

because of their

ambitious Energy

Storage Programme

10 units in 2017

Benelux

100 units in 2018

Benelux & Germany

2.000 units in

2019: by adding

Denmark, France,

Italy and Spain

20.000 units in

2021:

by adding Asia with

priority focus on

Rajasthan (India) +

Taiwan


Solenco PowerboxTM


changer for Renewable Energy


C06 hall 10.1.

15

Contact adress:

Solenco Power NV

Slachthuisstraat 112 bus2

2300 Turnhout, Belgium

Contact Person: Julien Nyst, Director

E-mail: [email protected]

Website: www.solencopower.com

Cellular: +32 498 912 135

mailto:[email protected]

http://www.solencopower.com/

L’hydrogène dans tous ses états

1er décembre 2016Jonas Cautaerts

1 Qui est CG?

Chiffres clés

11743

L’hydrogène dans tous ses états | 1er décembre 2016

Mission

Créer ensemble unevaleur ajoutée durablefondée sur nos valeurset notre savoir-fairedans la distribution


Entreprise durable

simplysustainable.com

Homme Environnement Produit


Hydrogène @ Colruyt Group

Etudes

1° chariot élévateur sur le site

Voyage d’étude Etats Unis

Station service hydrogène + chariots

FCH Don Quichote projet

Déploiement 200 piles à combustible

2004

2007

2010

2012

2015

2016

4000 remplissages2800 kg


Etudes

1° chariot élévateur sur le site

Voyage d’étude Etats Unis

Station service hydrogène + chariots

FCH Don Quichote projet

Déploiement 200 piles à combustible

2004 2016 2025

(R)évolution dans le prix

2004

2007

2010

2012

2015

2016

hydrogèneinfrastructure

entretienprix


2 Prix

3 Hydrogène

Focus énergie renouvelable

25% consommationColruyt Group


Focus énergie renouvelable

100% consommationColruyt Group


Réduction de consommation et des émissions de CO2

van onsverbruik

11% moins de CO2

90% moins de NOx46% moins de particules fines


Hydrogène durable

• énergie renouvelable = inépuisable• Vent, soleil, eau de pluie

• Faible impact environnemental


Hydrogène durable

Printemps 2017Intégré

à côté de diesel, essence et CNG

100% disponible


3 Hydrogène

4 Qualité

Garantie de …

• Qualité de l’hydrogène

ISO 14687

SAE J2719 4.0 grade

production consommation

Fournisseur X Fournisseur Y


Garantie de…

• Qualité de la production et consommation

Efficacité?

??


Garantie de…

• Qualité du service

98% disponibilité


4 Qualité

5 Conclusion

Jonas [email protected]

HydrogènePrixQualité

mailto:[email protected]?subject=Waterstof@ColruytGroup

© Viessmann Group

L’H2 et la cogénération

Viessmann Belgium BVBA

Laurent Vercruysse

Directeur technique

© Viessmann Group 01/12/2016 2


Pile à combustible - Vitovalor 300-P

Viessmann



Pile à combustible – Vitovalor 300-P

But de la pile à combustible: Réduction énergie primaire

Production séparée de chaleur et d’électricité

Centrale traditionelle

Efficience 38 %

Efficience 98 %

136 %

Energie

primaire

Vitodens

62% 2% 19%

64 % perte

Vitovalor 300-P

Efficience 38 %

Efficience 50 %

88 % 100 %

Energie

primaire

12 % perte

Production combinée de chaleur et d’électricité

Energie primaire production séparée:

Energie primaire production combinée:

142 %

100 %

Réduction consommation énergie primaire: Tot 42 %

Alle waarden zijn berekend op Hi. Exl. transportverliezen




Classification ErP

Vitovalor:

CC: 142 %

ECS: 124 %

Gaz condensation: …%??

92-94 %




Classification ErP




Principe de fonctionnement de la pile à combustible:

Hydrogène H22 kWh gaz

naturel

CH4

‚Reformer‘

T° > 600°C

CO2 +

H2OO2

CO2

PEM Pile à

combustible

H2O

750 Wh net

1 kWh 69°CBuffer ECS / CC

230VAC

CH4 H2 & CO2

DC

AC




Caractéristiques:

Puissances

Pile à combustible

Chaudière à condensation avec tampon CC et

ECS.

Pile à combustible: Rendement électr./total:

38% / 90% (Hi)

Smart Grid Ready

Bruit max: < 50 dB(A)

Séparation hydraulique pile à combustible /

installation de CC via échangeur à plaques.

Puissance chaudière à condensation:

− CC 50/30: 19 kW.

− ECS: 29,3 kW




Rendement: Pile à combustible:

− 0,75 kWh EL (net)

− 1 kWh TH

− Max 21,5h / jour

− Mise en service = 1h

Consommation 500 Wh

Production maximale:

− 16,4 kWh EL/jour

− 5970 kWh EL/an




Composants:




Composants:

Reformer

Pile à

combustible

Onduleur

Gaz naturel hydrogène,

CO2 & chaleur

Hydrogène et oxygène VDC,

chaleur & eau

VDC/VAC + Surveillance

du réseau

Gaz (2 kW*)

Chaleur (1 kW*)

Electricité (0,75 kW*)

* Calculé sur Hi




Composants:

1

2

3

4

5

6

Onduleur

Stack (Pile à combustible)

Reformer

craking + nettoyage du gaz

Réservoir d‘eau

reservoir de condensat

Désulfurisation

Filtre DI

préparation interne du circuit d‘eau DI pour le refroidissement du

Stack.

1

2

3

4

5

6




Composants: Chaudière gaz à condensation Vitodens 222-W avec

ballon ECS 46L

Puissance de la chaudière :

− CC 50/30: 19 kW

− ECS: 29,3 kW

Rendement: 109% (Hi)

Ballon tampon CC et préchauffage ECS (spirale en

inox) de 170 litre

Ballon ECS en inox de 46 litre

Concept total (hydraulique et régulation) tout en un.




Composants:

Circuit ECS

Circuit CC

(eau de remplissage CC selon VDI 2035)

Ballon tampon avec séparation hydraulique

(eau de remplissage selon VDI 2035)

Circuit Pile à combustible

(eau DI)

BZ &

Reformer

La Pile à combustible fonctionne avec

de l’eau DI 5l.

Séparation hydraulique entre le ballon

tampon et le circuit chauffage afin

d’éviter tout encrassement possible.

1

2

1

2

2

© Viessmann Group

Vitovalor 300-P

Merci pour votre attention

Viessmann Belgium BVBA

Laurent Vercruysse

Impact de l’hydrogène dans la transition

énergétique

Marenne Daniel

Qu’est ce que la transition

énergétique

Quel est aujourd’hui la technologie qui permet de produire l’électricité au meilleur coût ( nouvelle installation) ?

309/12/2016

Le renouvelable n’est plus seulement un rêve d’écologiste

c’est devenu un rêve pour les financiers

Impact de cette réalité la production d’électricité

4

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

GW

GW


80 TWh/year

Non!

1 ha = 500 kW

50 GW = 1 000 km²

Belgique = 30 500 km²

Mais il faut stocker l’électricité

Impossible ?

50 TWh Sun

30 TWh Wind


80 TWh/year

GW

Stockage avec véhicules

électriques

Equivalence = Stockage de grande

capacité centralisée

Complémentarité (raccordement)

VOITURES ELECTRIQUES = BATTERIES

23/06/2016 Colloque mobilité UWE 6

200,000 VE = 5 GWhe stockage

Disponibilité > 95%

Impact de cette réalité la production

d’électricité

5.600.000 voitures particulières en Belgique, dont +/- 2 M de “2ème voiture” (<

15,000 km/an)

1 Véhicule électrique (15.000 km/an) = +/- 3000 kWh/an (= +/- 1 client retail)

2 M VE en Belgique (= 2 M nouveau clients…) = 6 TWh/an

= 8% de la production belge = < 8,000 h/an de deux TGV (400 MW)

= 10 GW de Puissance si charge/décharge simultanée !

Possibilité d’absorber une surconsommation de 10 GW mais uniquement durant

quelques heures.

Pas pour du stockage longue durée !!!

QUELQUES CHIFFRES


L’hydrogène le chaînon

manquant vers un monde

100% renouvelable

Pourquoi l’hydrogène?

2016 Terr'Innove Namur - ENGIE 9

Soutien du réseau

Stockage électricité

CNG

Carburant

Liquide

Electricité

Mobilité

Industrie

CO2

H2 H2

Electrolyse Eau

Power to Gas Hydrogénation

Electricité

Mobilité

Industrie

1 l diesel = 1 kg CNG = 100 kg Batterie = 500 g H2 (retransformé en électricité)

Avantage Fcell => possibilité d’utiliser la chaleur perdue pour le chauffage du véhicule.

2016 10

VE LNG / H2CNG / H2

Electrical drive

EVRX, PHEV,FC

120 km – 400 km

Up to 1 000 km

Full CNG / H2

Bi Fuel

500 km + 500 km

Trucks

Blue Corridor

Daily distance

Premier axe de développement de l’hydrogène vert la mobilité

Terr'Innove Namur - ENGIE

Le H2 peut remplacer le C dans la sidérurgie

Le H2 permet l’hydrogénation du CO2 pour construire les molécules de base à la

chimie organique.

Le H2 permet le stockage saisonnier de l’électricité.

Nouvelles possibilités de l’hydrogène.

2016 Terr'Innove Namur - ENGIE 11

[email protected]

MERCI DE VOTRE ATTENTION


Le projet WallonHY

Didier Vandermeersch

Moulins de Beez, 1er décembre 2016

• Hydrogène = vecteur énergétique du futur

• Défi technologique: décalage entre

o Grande capacité de production d’ENR

o Faible capacité des électrolyseurs permettant la conversion en H2

• Dû à la difficulté technologique d’augmenter le nombre de stacks

utilisés en série sans perdre en fiabilité et durabilité

• En même temps, suivant les experts de l’IEA, il y a un fossé entre la

capacité de production verte d’H2 et celle des systèmes classiques


Synthèse du cadre général

Développement d’une nouvelle génération d’électrodes

• Développement par l’équipe du prof. Joris PROOST (UCL)

d’électrodes 3D :

o Augmentation de capacité de production

o Augmentation de l’efficacité électrochimique (détachement des bulles

d’H2)

o Diminution du coût énergétique en kWh grâce à la réduction des

surtensions

o Plus grande flexibilité pour la variabilité de chargement des sources

d’ENR

Moulins de Beez, 1er décembre 2016 3

Objectif et description du projet

• Valider les observations faites en labo à l’échelle d’une installation

pilote à l’UCL

• Ce nouveau type d’électrolyseur sera ensuite intégré dans un site

démonstrateur P2H, dans le zoning de Seneffe

• Association avec des applications de mobilité


En outre:

• Objectifs sociaux économiques : Livre Blanc sur P2H + P2M

• Large diffusion de l’information

• Aplanissement des écueils sociaux et juridiques

• On vise l’émergence d’une filière industrielle wallonne « H2 »

• On souhaite développer le P2M


En pratique:

• Leader = UCL - IMAP

• Partenaires non scientifiques: Cluster Tweed et H2Net

• Partenaire industriel: Air Liquide

• DGO4

• Durée de 48 mois

• Budget total de environ 800.000 euros


MERCI DE VOTRE ATTENTION


Université catholique de Louvain (UCL)

Division of Materials and Process Engineering

La production verte d’H2 en WallonHY

à (plus ou moins) grande échelle

Prof. dr. ir. Joris Proost

Journée « L’hydrogène dans tous ses états » Moulins de Beez, Namur, 01/12/2016

1. le contexte

2. les défits technologiques

3. le projet WallonHY

4. les perspectives pour 2020

La « Sainte Trinité » de l’hydrogène

1 tolérance zéro vs. CO2

2 efficacité doublée(combustion froide)

3 réversibilité

C + O2 CO2 + chaleur

2H2 + O2 2H2O + électricité

La production verte d’H2

électrolyse de l’H2O

électro chimie

Power-to-H2 (P2H) ... H2 dans tous ses états

PRODUCTION

STOCKAGE

Electrical line

H2-to-

power

H2-to-mobility

UTILISATION

1. le contexte




1953

Electrolyse de l’H2O à plus ou moins grande échelle

2009

Electrolyse de l’H2O : kW MW

2-3 MW

???

Scale-up de l’électrolyse de l’H2O envers les MW

0

50

100

150

200

0

50

100

150

200

0 200 400 600 800 1000

H2 o

utp

ut [N

m3/h

r]

# C

ells

/sta

ck

Power Input [kW/stack]

Les limites technologiques du scale-up ...

1 MW : 100 cells !!!

(2015-2019)

(2020-2025)

International Energy Agency / Hydrogen Implementation Agreement

Néanmoins,

un scale-up minimale s’impose !

2H2O 2H2 + O2

2 MW

CH4 + 2H2O 4H2 + CO2

H2 verte

H2 rouge

1. le contexte




Comment réaliser le scale-up des électrolyseurs ?

2 MW 6 x 350 kW

« Buy 5 .... get 1 free »

ceci ne réduira pas le prix de l’H2 !!!

1

1953

L’électrolyse de l’H2O à grande échelle existe déjà !

135 MW !!!

Changement de technologie ? alcalin vs. acide (PEM)

2

Notre solution élégante : les électrodes 3-D3

Augmentation significative du taux de production H2 moins de cellules

1) augmentation de surface intérieure pour même volume macroscopique ;

2) meilleur transfert de masse pour l’évacuation des gaz ;

Entièrement compatible avec la technologie d'électrolyse actuelle (kW) :

a) même matériau électro-catalytique d'électrode (alliages de Ni) ;

b) même géométrie de cellule

(en remplaçant un stack d’électrodes 2-D par des plaques 3-D) ;

Project « WallonHY »

• « Power-to-H2: une feuille de route technologique et socio-

économique pour la réalisation d'un premier (site)

démonstrateur en Wallonie » ;

• Partenaires (2016-2019, 800k€) :

• Délivrables:

électrolyseur pilote avec électrodes 3-D ;

cartographie et feuille de route pour l’H2 en RW ( 2020) ;

intégration dans des réseaux de mobilité UE ;

GLS H2 & O2

10 kW cell stack

KOH pump

KOH Pre‐heater

Liquid‐cel degasser

HMI & Data collector

Electrolyseur pilote avec électrodes 3-D

1. le contexte




Power-to-H2 (P2H) ... H2 dans tous ses états

PRODUCTION

STOCKAGE

Electrical line

H2-to-

power

H2-to-mobility

UTILISATION

La mobilité H2 est (enfin) sur l’agenda politique

octobre 2015

La mobilité H2 : plan d’implémentation belge (NIP)

La mobilité H2

1) infrastructure de recharge

(Hydrogen Refueling Stations ou HRS)

2) véhicules à H2

20

50 bus à H2 permettront environ la même

réduction en CO2 que 1000 voitures à H2

0

50

100

150

200

0

100

200

0 20 40 60 80 100

H2

bus (22 kg/day)

H2 car (0.7 kg/day)

H2 c

onsum

ption (

kg/d

ay) H2 p

rodu

ctio

n (k

g/d

ay)

Number of H2 vehicles (car or bus)

1 MW 5 H2 busses

0

50

100

150

200

0 200 400 600 800 10000

20

40

60

80

100

H2 o

utp

ut [k

g/d

ay]

# C

ells

Power Input [kW]

1 MW 120 kg H2/day

@ 33% capacity

1 bus à H2 consomme 80,000€ d’H2 par an

une station de rechargement s’autofinance !

La mobilité H2 et ses besoin en H2 verte

Projet démo bus à H2 « P2H2mobility » (2017-2020)

• 20 (2x 10) bus à H2 ;

• un électrolyseur de 2 MW ;

http://www.fch.europa.eu/publications/fuel-cell-electric-

buses-potential-sustainable-public-transport-europe

200k Euro from FCH JU

Air Liquide 1st Public Hydrogen station in

Belgium as from 22-04-2016Journée d’Etudes Hydrogène _H2 Net

Namur, 01-12-2016 l Christian Nachtergaele l

World leader in gases, technologies and services for Industry and Health 01-12-20162 Air Liquide Benelux Industries

This document is PUBLIC

Energy transition wave according to Hefner (2007)%

tota

t m

ark

et

100%Wood

Petrol

Past Present Future

Solids

Liquids

Gas

1950 1900 2050

Renewable gases: An energy transition

Energy transition wave according to Hefner (2007)


This document is PUBLICThis document is PUBLIC

2. Hydrogen : a world of applications



Air Liquide: 40 years of global investment in Hydrogen

4

> 46 large H2/CO plants

> 14 bn m3/yr> H2 pipeline Eur: 1245 km> H2 pipeline WW: 2000 km

> 2 bn € sales

Distribution

Production

Applications



Hydrogen, a core expertise of Air Liquide Group…

Glass80 to 500 m3/h

H2 Ultra pure <1ppb50 to 500 m3/h

Ariane 528 t/launch

Fuel cell vehicle1 kg for 100 km

Heat Treatment

10 m3/h (batch)

1000 m3/h (continuous)

Chemicals ex: 0,067 t/ton Anilin

Petroleum refining

(desulfuration & hydrocracking)

10-100 km3/h



3. Why we believe in Hydrogen

World leader in gases, technologies and services for Industry and Health 01-12-2016 7 Air Liquide Benelux Industries


Hydrogen delivers clean transportation solutions

INVESTMENT

Hydrogen is everlasting and is the most abundant element in universe

H2 produces zero emissions, just water

Out performs electric battery solutions

Natural Gas /

Biogas

Renewable

energies

Reformer

Electrolyser

H2 stations

for

Hydrogen

Electric

Vehicles



Hydrogen out performs all alternatives

Source : Mc Kinsey, 2011, EU Powertrain Report

PETROL HYDROGEN

HYDROGENELECTRICAL

ZERO

ZERO

120 g/km

150 g/km

180 g/km

Vehicle

Well to wheel

With Hybrid

EMISSIONS

AUTONOMY

CONVENIENCE

100 > 300 km 500 > 700 km

Recharging

30 min < 8 hoursRefueling

3 < 5 min

With Green H2



4. Air Liquide’s Hydrogen strategy to 2020



Our ambition: leadership in H2 Mobility

• Lead activation of H2 Energy Markets in particular H2 Mobility

• Be a major Mobility playerMaintain leadership across the full value chain from H2 production to delivery at the pump

TECHNOLOGY INVESTMENTCUSTOMER

EXPERIENCE



Technology leveraged at every step in the chain

Efficient

Sustainable

Safe

Reliable

Competitive

Technology

covering the whole

Hydrogen Energy

value chain



12

Pioneering innovative H2 mobility projects worldwide

75 Hydrogen Stations worldwide


Good collaboration with strong partners from the start ...

13

H2 Station ZAVENTEM


Opening Public AL H2 station in Zaventem on 22-04-2016

14

The first public

H2 station in Belgium


Air Liquide Blue hydrogen certificates

15

■ Hydrogen from chloralkali electrolysis with

renewable electricity in Zaventem (BE) –

certified by Vincotte

■ Hydrogen from bio-

methane in Dormagen

(DE) – certified by TÜV

■ Hydrogen from SMR + CCS in Port-Jérôme

(FR) – to be certified by E&Y



5. What are the next steps?



Sustainable mobility is within our grasp

Transition evolving at unprecedented pace

• Car electrification (hybrids, battery electric, FCV, e.g. Prius, Mirai…)

• New mobility models (Uber, car sharing…)

• Autonomous vehicles



H2 mobility in Belgium : next steps

NIP: 25 H2 stations in Belgium by 2020

20 in Flanders and 5 in Wallonie

2020

25 HRS

1.000 FCEV

2025

75 HRS

7.500 FCEV

2030

150 HRS

30.000 FCEV

Create market conditions:

> vehicles (cars, taxis, buses, …)

> tax incentives, subsidies, modalities

End of presentationThank you for your attention

POWER TO GAS, LA FEUILLE DE ROUTE DE LA RÉGION FLAMANDE

Isabel François

Project Manager WaterstofNet

Coordinator Power to Gas Cluster

WATERSTOFNET

• Association sans but lucratif,

fondée en 2009

• Active en Flandre et au Sud des Pays-Bas

• Développement et réalisation de projects d’ hydrogène énergie (transport sans émissions et stockage d’énergie)

• Faciliter la coopération entre industriels, autorités gouvernementales et institutsde Recherches

• Domicilié à Turnhout (B)

3

PROJETS

c

c

H2 dans un réseauintelligent

Stratégie H2 pour l’ Europe N-Ouest

14 autobus dans 4 villes Europeénnes

Station d’ hydrogèneHalle Station d’ hydrogène

Helmond (NL)

Barquette Véhicule de collecte des ordures

Feuille de route infrastructure d’ hydrogène

Hyundai ix35utilisé par WaterstofNet

Feuille de routeEtude de faisabilité

29 stations d’ hydrogène et 325 voitures en Europe

Démonstration de 2 véhicules de collecte des ordures dans 10 villes européennes

29 autobus dans 5 villes Europeénnes

2 autobus à Eindhoven

Réseau d’ enterpresisesFlamandes

Analyse des aspectsde législation/barrières

4

REALISATIONS WATERSTOFREGIO 1.0:

Station service à Helmond (NL)350-700 barApplication: voitures, bus

Station service au centre de distribution Colruyt Halle 350 barApplication: transpalettes à piles a combustible

5

REALISATIONS WATERSTOFREGIO 1.0:

Pile à combustible (Solvay) 1MW Transforme l'hydrogène (H2) coproduite par l'usine de

Solvay (chlore) en électricité.

Véhicules de collecte d’ordures

Batterie Li-ion de 144 kWh

Pile a combustible 32 kW (Range extender)

Rayon d’action 360 km

6

PROJETS ACTUELS

WaterstofRegio 2.0

Partners

Cofinanced by:

e.a.

• 2 stations d’ hydrogène

– à Wilrijk/Antwerpen, incinération des déchets

– à Breda (NL), électricité solaire

• Élaboration de la station Colruyt/Halle pour leravitaillement à l’ intérieur

• Station mobile à 350 bar pour faire des démonstrations

• Démonstration de 75 transpalettes chez Colruyt

• Développement et démonstration d’un camion de 40 tonnes roulant à l’ hydrogène.

Cluster “Platform power to gas”

7

LA FEUILLE DE ROUTE “POWER-TO-GAS FLANDERS”

• Durée: 14 months (01/10/2014 - 31/01/2016)

• Financement : Région Flamande

• Partenerres:

• Coordinateur: Hydrogenics (Denis Thomas)

• Résultats: www. power-to-gas.be/roadmap-study

8

CONTENU DE L’ ETUDE

• Analyse de l’ état actuel (2015) et futur (2030-2050) du PtG en Flandre (technologie, économie, cadre juridique, opportunités de marché)

• Étude de business case PtG et identification des premiers marchés

• Une feuille de route qui servira de fondation pour les actions du cluster Power-to-Gas en Flandre

Electricité Hydrogène

Mobilité voitures, busInjection dans le réseau gazierConversion en carburant liquide (methanol)Conversion en électricité (pile à combustible)Matière de base pour l’ industrie

9

LES ELEMENTS ESSENTIELS DU MODELE ÉCONOMIQUE

• Prix des matières premières: Prix de l'électricité, frais de transport et distribution, taxes

• Équipement (CAPEX / OPEX ) L'électrolyseur (y compris le remplacement du cellstack), le stockage et la compression H2, les stations de ravitaillement, les piles à combustible ...

• Etapes supplémentaires du procédé: Caractéristiques et coût de la méthanation, méthanolisation

• Services auxiliaires R1, R2, R3

• Avantages sociétaux: Coût du CO2 évité 2015-2030-2050500kW → 100MW electrolyse

10

RESULTATS – COUT DE L’HYDROGÈNE INDUSTRIEL PRODUITÀ PARTIR D’ELECTROLYSE À GRANDE ÉCHELLE (~100 MW)

11

RESULTATS – COUT DE L’HYDROGÈNE INDUSTRIEL PRODUITÀ PARTIR D’ELECTROLYSE À GRANDE ÉCHELLE (~100 MW)

0,56

0,26

0,41

2,38

0,40 0,03 -

4,05

0,03 0,20

0,49 -

3,33

0,51

2,82

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

€/k

g H

2

LC 2015 - PtIndustry Large (full load)

Waterfall graph 2015 (Power-to-Industry - large scale - at full load operation)

12

LES DIFFERENT VALORISATION DE L’HYDROGÈNERESULTATS

Mobilité voitures, bus: Cas économique le plus prometteurMoment politique en Europe (transport émission zéro )

Injection dans le réseau gazier: Grand capacité de stockageA court terme: injection H2 (coût ≈ biométhane)A long terme: methanation, coût plus élevé mais pas de limitede volume

Conversion en methanol: Intéressant pour la substitution partielle de Diesel / Essence(Cf. bio-diesel ou bio-éthanol aujourd'hui)

Matière de base pour l’ industrie: Cas économique positif déjà pour les applications à petiteéchelle (comparé au H2 fourni par camion)

Conversion en électricité : Cas le plus complexe (uniquement pour stockage longue durée)

13

P2G ROADMAP FOR FLANDERSCONCLUSIONS

• Power-to-Gas peut clairement contribuer aux objectifs d’une Europe décarbonée

• La Belgique et la Flandre disposent d’ acteurs importants qui couvrent toute la chaîne de valeur du « Power-to-Gas ».

La coopération est essentielle.

• Les objectifs d’une Europe décarbonée vont créer des changements fondamentaux dans le marché de l’ energie (prix CO2, demande de transport à émission zéro….)

=> impact important sur les analyses de rentabilité

• Un cadre réglementaire est nécessaire, e.a. des systèmes de soutiens et de tarifications pour stimuler des investissements dans le H2 et le PtG.

14

LE CLUSTER “PLATFORM POWER-TO-GAS”: NOS MEMBRES

15

OBJECTIFS DU CLUSTER “POWER-TO-GAS”

PROJETS de PILOTAGEDu Power-to-Gas

Communication avecles décideurs politiquesconcernant la stratégie

énergie

Accès au subventionseuropéennes

16

GROUPE-CIBLE DU CLUSTER “POWER-TO-GAS”

Productionénergie

renouvelableElectrolyse

Compression, stockage transport

Opérateurs de réseau

Intégrateursde système

Utilisateurs d’ hydrogène

17

EQUIPES DE PROJET: 6 THÈMES

Power to Mobility

Stations de H2 /véhicules

Power to Gas

H2 → réseau gazier

Power to Fuel

H2 + CO2 → methanol

H2 en applications maritimes

H2 ou methanol pour navires

Eolien Off-shore

Stockage à grande échelle

Certification

H2, gaz, methanol “vert”

18

NOS AMBITIONS

Pour la periode 9/2016 → 9/2019

• Au moins 3 projets pilotes en Flandreréalisés ou encore en coursavec > 15 entreprises concernées

• Au moins 10 nouveaux membres dans le cluster

• Plus de visibilité pour le potentiel de l’ hydrogène en Flandre-Belgique-Europe

19

FONCTIONNEMENT

• Le cluster est ouvert aux nouveaux membres,

• ayant des activités importants en Flandre

• étant prêts à participer aux projects d’ hydrogène

• La contribution des membres est de 5000 € / an

Le gouvernement FL ajoute le même montant

• www.power-to-gas.be

20

Merci pour votre attention

Cluster Technology of

Wallonia Energy,

Environment and

sustainable Development

Vers une feuille de route pour les futurs

producteurs et utilisateurs d’H2

en WallonHY

01 décembre 2016

Sommaire

L’hydrogène et ses

applications

Technologies H2

Cartographie des acteurs

wallons

Législation & Réglementations

Equilibre économique

Scénarii de déploiement

Promotion de la filière hydrogène wallonne

2

Comment la Wallonie peut-elle se positionner sur le marché porteur de l’hydrogène?

1. Analyse 2. Mise en place

Phase 1 - Analyse

L’hydrogène et ses applications

Technologies H2Cartographie des acteurs wallons


3

Phase 1 - Analyse




4

Découverte de l’hydrogène et de ses applications afin de

répondre aux questions suivantes:

• À quels besoins l’H2 répond-il?

• Quels sont les utilisateurs potentiels de l’H2?

• Quel est l’apport de l’H2 par rapport à ses concurrents?

• Quelles sont les améliorations éventuelles à y apporter?

Grandeurs physiques et valeurs clés à retenir:

L’objectif est de se faire une idée de la position occupée par l’H2 en

comparaison aux vecteurs énergétiques concurrents.

Phase 1 - Analyse




5

De la production à la valorisation en passant par le stockage:

• Dresser un état de l’art comparatif des technologies disponibles et

existantes dans la filière « H2 »

• Fournir des éléments technico-économiques types de solutions

hydrogènes pour un ou plusieurs projets

• Etablir les avantages et les inconvénients des différentes

technologies

• Lister les acteurs internationaux de référence

Phase 1 - Analyse




6

Identifier les acteurs ayant des compétences intégrables à la

chaîne de valeur « H2 »:

• Cartographie des acteurs wallons (entreprises, centres R&D,

acteurs de formation, etc.) impliqués ou non dans le secteur, qui

possèdent des compétences intégrables dans la chaine de valeur

(équipementiers, acteurs technologiques, etc.)

Positionner le savoir-faire wallon (et bruxellois) par rapport aux

besoins du secteur:

• À partir du « process flow », définir les métiers à haute valeur

ajoutée et les défis en matière d'innovation technologique de la

filière H2

• Diagnostiquer les forces/faiblesses et les opportunités/menaces de

la filière H2 dans le cadre des objectifs 2020 de production

d’énergie renouvelable en Wallonie

Phase 1 - Analyse




7

Décrire précisément le cadre réglementaire et normatif

applicable pour la réalisation d’un projet « H2 »:

• Pour le « process flow » de l’hydrogène

• Pour les véhicules

Identifier les difficultés et obstacles éventuels à prendre en

compte dans la réalisation d’un projet « H2 »

Etudier les approches des pays limitrophes afin d’effectuer des

recommandations en vue d’améliorer le cadre réglementaire

existant.

Phase 2 - Mise en place



Promotion de la filière

hydrogène wallonne

8





hydrogène wallonne

9

Elaborer un modèle économique simple permettant de faire ressortir les

bons ordres de grandeur pour la mise en place de projets « H2 »

• Exemple pour la mobilité: Détails des informations concernant l’équilibre

économique:

• D’une station de remplissage hydrogène alimentée en H2 de différentes

façons

• Le coût total de possession d’un véhicule hydrogène (voiture, bus,

autre)

Proposer un aperçu des modes possibles de montage de projet,

impliquant les collectivités territoriales et/ou les entreprises privées:

• Exemple pour la mobilité: Modes de financement et d’exploitation possibles

pour:

• Les stations

• Les flottes captives de véhicules (dont bus)





hydrogène wallonne

10

Proposer des « débouchés hydrogène » qui font du sens pour la

Région wallonne:

• Exemple pour la mobilité:

• Sélection de régions clés pour l’H2 en Wallonie

• Scénario de déploiement de stations en fonction des

spécificités techniques et économiques de ces régions.

Proposer une stratégie pour lancer le déploiement de la filière

hydrogène:

• Exemple pour la mobilité: Quels sont les étapes à mettre en œuvre

pour faciliter le déploiement de la filière du transport à

l’hydrogène?





hydrogène wallonne

11

Informer sur la filière hydrogène via la diffusion du livre blanc et des

recommandations issues du projet WallonHY:

• Les décideurs politiques

• Le grand public & les professionnels de la filière

• Les médias

Développer un site internet dédié à l’hydrogène et mettre en place une

animation des réseaux sociaux

Promouvoir les compétences wallonnes lors d’évènements nationaux et

internationaux

• Organiser un événement de clôture du projet

• Maintenir l’animation des groupes de travail thématiques réunissant les

acteurs de la filière identifiés

Mettre en exergue les travaux réalisés sur le site démonstrateur de

l’UCL: Visite des laboratoires et du pilote d’électrolyse

Cluster Technology of

Wallonia Energy,

Environment and

sustainable Development 12

Vos contacts:

TWEED Asbl

Rue Natalis 2 – 4020 Liège – Belgium

www.clustertweed.be

Cédric Brüll

Directeur

[email protected]

+32(0)4.242.47.61

Olivier Ulrici

Ingénieur projets

[email protected]

+32(0)4.242.47.60

Vous êtes actif dans la filière hydrogène? Vous souhaiteriez le devenir?

Faites le nous savoir!



COPYRIGHT: HINICIO & LBST

Propos i t ion de

modèle économique

pour

l ’approv i s ionnement

d’un te r r i to i re en

hydrogène

décarboné

5 T h O c t o b r e 2 0 1 6

• Company presentation

• Introduction to Hydrogen

• A business case for Power to Hydrogen

storage at regional (DSO connected) level

to decarbonize transport

• Q&A

Agenda

ENERGY EFFICIENCY

HINICIO in a nutshell

STRATEGY CONSULTANTS

IN SUSTAINABLE ENERGY

AND TRANSPORT

Multidisciplinary

approach and team:

Technology

Market/economics

Policy and regulation

3 offices:

Brussels (HQ)

Paris

Bogota

Clients in more than 15

countries in Europe,

Latin America and Asia

RENEWABLE ENERGY

HYDROGEN AND FUEL CELLS

ENERGY STORAGE ELECTRO-MOBILITY

3

4

They trust us: Clients

PRIVATE SECTOR

• International companies

• Startups• Investors• Industrial

associations

PUBLIC SECTOR

• International organisations

• European institutions

• Governments• Public bodies

5

A short overview of references

Coordination for the elaboration of the French

hydrogen and fuel cells roadmap

Definition of a strategic plan for the development the

hydrogen and fuel cell sector for the Region of

Rhône-Alpes

Definition of a regional roadmap for the

development of hydrogen as an energy carrier with

potential to address climate change.

Definition of a hydrogen roadmap in the Midi-

Pyrénées Region and strategic support in view of the

structuring of a dedicated technology platform

Hydrogen mobilty pilot project in the region of La

Manche

6

A short overview of references

Grid impact analysis and assessment for increased

penetration of renewable energy into the

Jamaican Electricity Grid.

Developing a European wide Guarantee of Origin

scheme for green hydrogen

Techno-economic and business case analysis for

the use of hydrogen as a medium of storage for

the distribution grid

Early business cases for H2 in Energy Storage and

more broadly Power to H2 applications

11

Revenue Streams within Power to Gas

Projects

Primary revenues

Industrial Mobility

Additional revenues

Gas Grid Injection Balancing

Grid Services

12

Mobility Demand on a regional level

13

Novel techno-economic modelling of a semi-

centralised hydrogen system

X0

0 k

m

With transportW/o transport

X0

km

>X0 MW X MW

Nation-wide HRS network

Region-wide HRS network

centralized

X0 kW

Semi-centralized On-site

So

urc

e: H

inic

io2015

Image: Hinicio

14

System dimensioning: starting from the

demand

Production

1 MW

So

urc

e: H

inic

io2015

15

Main components of a semi-centralised

Power-to-Gas system

Consolidated Business Case

Production

1 MW

Conditioning Storage and

transport

Distribution

CAPEX

H2 cost

€/kg

OPEX

Revenues

H2 production &

conditioning

kgH2

€/kgH2

M€ M€ M€

k€/yr k€/yr k€/yr

€/kgH2 €/kgH2 €/kgH2

- - k€/yr

X

X

X

X

Image: Hinicio

System operation

• Production

• Conditioning

• Storage

• Logistics

• HRS

Economics and finance

• CAPEX

• OPEX

• Revenues

• Cash flow

• IRR, NPV

• P&L

System sizing optimum

• Production

• Conditioning

• Storage

• Logistics

• HRS

H2BCaseby

16

H2BCase by HINICIO: Dimensioning, optimizing

and simulating your hydrogen supply chain

Techno-economic database of

hydrogen technologies

• Production

• Conditioning

• Storage

• Logistics

• HRS

• Vehicles

Energy markets

• Electricity spot price

• Balancing market

• Capacity market

• Natural gas market

• Carbon tax

Local data

• H2 Demand

• Gas grid

• Electricity grid

• Road access

• Distances

All configurations• centralised• Semi-centralised• On-site

Images: Hinicio H2BCase model

17

14 scenarios assessed: France Vs Germany,

2015 Vs 2030

Table: Hinicio

1

(Ref)

Country France

Year of

electrolyser

commissioning

2015 2020 2030 2030 2030

100/325

(50+50 /

140+185)

France Germ. Germ.

26% of

wind el.

Cost

100%

of

wind

el.

cost

17%

of

wind

el.

Cost

100%

of

wind

el.

cost

2014 2014 2030 FranceFranc

e

Ger

m.

Franc

e

Grid chargeFrance

2015

Electr.-int.

0.5

H2 injection

(€/MWh)

Electrolyser

capex

(M €/ MW)

Electrolyser

efficiency/stack

lifetime

66%/4y 75%/10y75%/

10y

75%/1

0y

Public subsidy

on investment

costs

25%

0,55

200/6

50

13 14

55,8

12Scenario Nbr 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Germany

Initial/Final H2

Mobility

demand (kg/d)

100/163

(50+50/(

70+93)

Electricity price

duration curve

or cost

Germ.

2020

No H2

mobilit

y sales

100/16

3

Germany 2015 rates

CSPE (€/MWh)

90 (FIT) 55,8No

inject.

No

inject

19.5

55,8

1,9 0,55 0,55

18

Scenario 1 - Reference - Assumptions

• H2Mobility market consumes 1/3 of electrolyser

capacity in year 1 (1MW electrolyser – 100

kg/day – 100 FCEV/REX or 4 busses) andincreases to full electrolyser capacity in year 10.

• Electrolyser plant considered to be benefiting

from “electro intensif” regime (low grid / taxfees).

• Available capacity permitting, H2 is produced

for injection into the Gas Grid when marginal

costs of H2 production are lower than Feed-In-

Tariff (assuming €90/ MWh) to achieve increaserevenue streams during market take-off phase of

FCEV.

• No charges applied to the electricity consumed

for producing the hydrogen injected into the gas

gridTable: Hinicio

Representation of results per Scenario (1)

Revenues:

1. H2Mobility: €8 / kg @ 200

bar @ HRS

2. H2 injected @FIT:

€90/MWh

3. Primary reserve:

€18/MW/h

Figure: Hinicio, H2BCase Model 19

So

urc

e: H

inic

io2016

Representation of Results per Scenario (2)

Variable Costs:

1. H2Mobility: variable

Electricity costs & water

costs

2. H2Mobility: variable cost of

trailer transport (€1/km and

€45/hr)

3. Injection: variable electricity

costs & water costs

Figure: Hinicio, H2BCase Model 20

So

urc

e: H

inic

io2016

Representation of results per Scenario (3)

Fixed Costs:

1. H2 Mobility: electrolyser

O&M (3% +3% of CAPEX) &

Fixed part of Grid fee &

Trailer & Storage @ HRS O&M

2. Injection: Electrolyser O&M

(3% +3% of CAPEX) & Fixed

part of Grid fee

3. Depreciation of Electrolyser

+ Stack Replacement +

Compressor & Injection Skid

4. Depreciations of Trailer &

Storage @ HRSFigure: Hinicio, H2BCase Model 21

So

urc

e: H

inic

io2016

22

Scenario 1 - Reference - Results

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

k€/y

Year

1 MW semi-central Power-to-H2 system - Revenues and Costs

(CAPEX depreciated)

Log. annualized capex

Prod annualized capex

Injection fixed costs

Market fixed costs

Injection var.cost

Market var. log. costs

Market var. prod.cost

H2 GoO's

Grid services

Injection sales

Market sales

IRR = 0% (10y)

Payback = 10 years

Injection into the Gas Grid and System Services complements revenue

streams during “valley of death” of FCEV market.

Its contribution to margin decreases as hydrogen mobility market takes

off.Figure: Hinicio, H2BCase Model

So

urc

e: H

inic

io2016

France 2015 – Higher H2 Mobility demand

from year 1

Tab

le: H

inic

io

23

IRR = 3%

Payback = 9 years

• H2Mobility market consumes 1/2 and 2/3 (instead of 1/3base scenario) of electrolyser capacity in year 1 (1MWelectrolyser – 165 and 216 kg/day – 165/216 FCEV/REX or6/8 busses) and increases to full electrolyser capacity inyear 10.

IRR = 6%

Payback = 8 years

Demand year 1: 165 kg/d

Demand year 1: 216 kg/d

France 2015 - With public subsidies (14)

+ Public subsidy of 26% of CAPEX

Tab

le: H

inic

io

24

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

k€/y

Year

1 MW semi-central Power-to-H2 system - Revenues and Costs (CAPEX depreciated)




Market fixed costs

Injection var.cost



H2 GoO's

Grid services

Injection sales

Market sales

IRR = 7%

Payback = 7 years

France 2030 - Assumptions

• Electrolyser technology costs of

2030

• Securing 2/3 of maximum

electrolyser capacity from the start

• Upfront purchase of the

production of renewable

generation capacity at projected

full cost (Eur 60 / MWh, cfr ADEME

projections)

• Caloric Value of H2 ~ Natural Gas

(37.8 €/MWh cfr: IEA, nouveau mix

2030) + Carbon tax of 90€/t CO2

Table: Hinicio 25

13

2030

200/325

wind el.

cost

France

55.8

0.55

75%/

10y

26

Scenario 13 – France 2030 - Results

IRR = 7% (10y)

Payback = 7 years

Figure: Hinicio, H2BCase Model

So

urc

e: H

inic

io2015

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039

k€/y

Year

1 MW semi-central Power-to-H2 system - Revenues and Costs




Market fixed costs

Injection var.cost



H2 GoO's

Grid services

Injection sales

Market sales

• From a technical standpoint, Power-to-Gas is one promising

option in our portfolio towards the energy transition in order to

simultaneously integrate more intermittent renewables and

decarbonize road transport thanks to responsiveness of the

PEM electrolysis technology

• From an economic standpoint, Power-to-Gas appears as a

credible option in the mid-to-long term for the supply of low

carbon hydrogen at the local level in low electricity marginal

cost environments. The business case could potentially fly with

no public support if an adequate (and long expected…)

carbon pricing environment is put in place and regulatorybarriers are dealt with to allow injection into the gas grid and

participate in system services and balancing.

27

Conclusion: There is a potential business case

for Power-to-Gas

This presentation builds on the results of the study “Short term and

long term opportunities to leverage synergies between the

electricity and transport sectors through power-to-hydrogen”

HINICIO and LBST would like to thank Fondation Tuck for

supporting this study under its The Future of Energy programme

29

Acknowledgment

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transport

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Wouter Vanhoudt

Director EMEA

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