DS0203 - Usage du sous-sol dans une perspective énergétique

Stockage souterrain massif et réversible de vecteurs énergétiques fluides (O2, CO2, CH4) – FLUIDSTORY

Résumé de soumission

Le stockage massif d’énergie est un enjeu majeur de l’intégration des énergies renouvelables dans l’évolution du mix énergétique nécessaire pour réaliser la transition énergétique en France. Une des pistes les plus prometteuses consiste à stocker l’énergie au moyen de vecteurs fluides. Le concept Electrolyse-Méthanation-Oxycombustion (EMO) est conçu pour offrir une solution en boucle fermée à même d’absorber les surplus de production électrique, notamment dus aux énergies renouvelables intermittentes, et les restituer ultérieurement, via un stockage transitoire d’O2, CO2 et CH4. Le cycle EMO répond à deux verrous majeurs des systèmes de stockage d'énergie électrique via la transformation en CH4 : i) le besoin massif en CO2 pour alimenter la méthanation et ii) l’émission du CO2 dans l’atmosphère après la combustion du CH4. Dans ce concept, l’oxygène issu de l'électrolyse est utilisé pour brûler le CH4, produit de la réaction de H2 et du CO2, dans un réacteur par oxycombustion. Compte-tenu de sa relative pureté, le CO2 émis est ensuite facilement capturé et peut réalimenter la méthanation. Ce procédé implique donc le stockage temporaire, massif et réversible d'une grande quantité de fluides (O2, CO2 et CH4). Le stockage des fluides en cavité saline est étudié à cette fin. L'objectif principal du projet FluidSTORY est d'étudier la faisabilité, la sécurité et l'intégrité du stockage des vecteurs énergétiques dans des cavités salines, ainsi que les conditions qui doivent être satisfaites à moyen-long terme (2030-2050), en France, pour atteindre la rentabilité énergétique et économique du concept EMO . Pour ce faire, le projet comporte un volet économique ayant pour but la construction de scénarios de production électrique à l’horizon étudié, de manière à estimer les besoins en termes de stockage, et le contexte énergétique dans lequel le procédé pourrait apporter une solution. La rentabilité du procédé est évaluée in fine. Parallèlement, un inventaire méthodique des cavités existantes et des formations susceptibles d’abriter de nouvelles cavités permet de vérifier la disponibilité des volumes de stockages potentiels, et de collecter leurs caractéristiques utiles pour cette application. Afin de comprendre le comportement de la cavité saline et d’étudier les processus physico-chimiques, thermodynamiques et géomécaniques qui s’y déroulent, une part importante du projet est consacrée à lever les verrous posés par le procédé de stockage souterrain d’O2 et de CO2. Deux options sont étudiées, i) un stockage de chaque fluide dans des cavités distinctes, ou ii) le stockage des deux fluides O2/CO2 dans un même volume. Le comportement thermodynamique et thermomécanique des cavités et l’équilibre géochimique entre les fluides et la saumure résiduelle seront étudiés sur les plans théorique, numérique et expérimental. Par rapport à l’ancienne proposition FluidSTORY soumise en 2014, cette nouvelle version s’est enrichi de l’étude des éléments-clés de surface et de leurs interactions avec les cavités de stockage, procurant une connaissance du processus global et de ses besoins opérationnels. Le projet comprend enfin une analyse des risques liés à l’exploitation et à la phase d’abandon de site, afin de prendre en compte le contexte règlementaire dès la phase de développement du concept. Une synthèse opérationnelle de ce travail sera produite sous forme de recommandations en vue d’accompagner les phases ultérieures de développement du concept EMO. Afin de bénéficier de l’expérience opérationnelle de l’industrie et de favoriser la future dissémination du concept, un comité technique de suivi, comprenant déjà GDF Suez et Air Liquide, est associé au projet. Il aidera à choisir les bonnes options aux étapes principales du projet. Sur le plan scientifique, deux sujets de thèse seront associés au projet, l’un sur les aspects géochimiques du comportement des fluides stockés, l’autre sur les aspects géo-mécaniques du comportement des cavités.

Coordinateur du projet

BRGM (Divers public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

BRGM
Ecole Polytechnique Laboratoire de mécanique du solide
S.A.S BROUARD CONSULTING
ARMINES
GEOSTOCK
GEOGREEN
AREVA-H2Gen
CNRS DR ILE DE FRANCE SUD

Aide de l'ANR 890 054 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2015 - 48 Mois

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