Première expérimentation de l’introduction de la pile à combustible au gaz naturel

Première expérimentation de l’introduction de la pile à combustible au gaz naturel

Première expérimentation de l’introduction de la pile à combustible au gaz naturel sur le marché français par un consortium d’experts.

Avec son rendement électrique remarquable (jusqu’à 60 %), la pile à combustible au gaz naturel apparaît comme la technologie de microcogénération la plus prometteuse pour couvrir les besoins des maisons individuelles neuves et rénovées dans la perspective des futurs labels de performance énergétique (Bâtiment à Énergie Positive). Les produits les plus avancés sont désormais suffisamment matures techniquement pour être commercialisés mais leur succès nécessite une adaptation aux spécificités du marché visé ainsi qu’une préparation de l’environnement réglementaire et des acteurs de la filière.

« La technologie de la pile à combustible au gaz naturel est parfaitement adaptée à la principale cible de la maison individuelle performante. Le principe d’autoconsommation poussé à son maximum vise à faire de moins en moins appel au réseau électrique en garantissant ainsi des bénéfices pour la collectivité » indique Ludovic Thiébaux, responsable Marketing Produits au sein de GrDF. « Nous sommes très impliqués pour accompagner cette technologie pour ses performances environnementales et énergétiques. Et ainsi la valoriser auprès des pouvoirs publics et de l’ensemble des acteurs de la filière du bâtiment pour leur apporter, via un retour d’expérience ,les preuves de la fiabilité du produit sur le marché français. »

Aussi, un consortium d’experts, capable de couvrir tous les maillons de la chaîne d’introduction sur le marché français (GrDF, VIESSMANN, CRIGEN, l’un des laboratoires de la Direction Recherche & Technologies de GDF Suez, COSTIC), s’est créé autour de l’expérimentation en conditions réelles avec pour objectif de résultats :

- l’évaluation de la performance des systèmes piles sur 2 années complètes de fonctionnement (production électrique et thermique),

- la préparation des outils de formation pour la montée en compétence de la filière d’installation et de SAV,

- la contribution à l’intégration de la technologie dans la réglementation thermique.

Le projet, dénommé EPILOG, a été retenu dans le cadre de l’appel à projets TITEC 2013 (Transfert pré-industriel et Tests En Conditions réelles de piles à combustible et/ou d’applications hydrogène énergie) de l’ADEME et a reçu, pour sa mise en œuvre, une contribution financière à hauteur de 40 % de l’investissement global du projet.

« Nous avons sélectionné le projet EPILOG pour sa pertinence technique mais aussi pour la démarche globale que porte le consortium. Il nous semble en effet que la technologie des piles à combustible est suffisamment mâture pour être désormais expérimentée en conditions réelles d’usage avant son introduction commerciale, spécialement dans le domaine des bâtiments neufs. Le projet dresse par ailleurs des barrières que sont le cadre réglementaire et la formation des professionnels installateurs, barrières qui ne sont pas techniques mais qui comptent tout autant pour l’introduction de ce type de nouvelles technologies d’efficacité énergétique » souligne Luc Bodineau, en charge des thématiques hydrogène et piles à combustible au sein de l’ADEME.

Sélectionné dans le courant de l’été 2013, le projet EPILOG a démarré en janvier 2014 avec pour items principaux :

- choix et identification des sites pilotes,

- préparation de l’instrumentation et traitement des données,

- installation des piles à combustible et de la métrologie,

- suivi hebdomadaire, réalisation de reportings mensuels et analyse,

- intégration du produit dans la réglementation thermique,

- réalisation d’un REX clients et installateurs,

- réalisation d’un module de formation couvrant l’installation et la maintenance des systèmes,

- communication à destination de la filière et du grand public.

Opérationnels depuis septembre 2014, 2 des sites pilotes font déjà l’objet de mesures en continu relevées et analysées à distance. Le 3ème site est en cours d’installation pour une mise en service fin octobre.

La pile à combustible au gaz naturel développée par VIESSMANN, une technologie mature pour la maison individuelle

La pile à combustible au gaz naturel est un produit particulièrement innovant pour la production d’électricité, de chaleur et d’ECS (Eau Chaude Sanitaire) pour les maisons individuelles neuves et rénovées. Technologie prometteuse, elle ne manque pas d’atouts, notamment dans la perspective des futurs labels de performances énergétiques et de la RT 2020.

Le Système pile à combustible au gaz naturel (modèle Vitovalor 300-P), mis au point par VIESSMANN, un des majors sur le secteur du génie climatique, intègre un module de pile à combustible Panasonic associé à :

- une chaudière à condensation gaz permettant d’assurer le complément des besoins thermiques d’un bâtiment,

- un ballon de stockage d’eau chaude sanitaire d’une capacité de 46 litres,

- un ballon de stockage d’énergie d’une capacité de 170 litres

La pile à combustible au gaz naturel VIESSMANN est de type PEM (Proton Exchange Membrane). Elle transforme le gaz naturel en hydrogène qui réagit avec l’oxygène de l’air, entre 2 électrodes (anode et cathode) séparées par un électrolyte. Cette réaction d’oxydoréduction assure une production d’électricité, la chaleur fatale étant récupérée, via un échangeur, pour participer au chauffage et à la production d’eau chaude sanitaire. La transformation directe de l’énergie chimique en énergie électrique, par la pile, élimine toute perte intermédiaire et améliore donc considérablement le rendement énergétique global de la production d’électricité et de chaleur. D’un rendement électrique compris entre 35 % et 40 % et d’une durée de vie supérieure à 10 ans, les piles à combustible de type PEM présentent, à l’heure actuelle, le meilleur compromis technico-économique.

D’une puissance thermique de 20 kW et électrique de 750 W, la pile à combustible VIESSMANN est destinée à fonctionner en continu pendant 20 heures, puis se régénère en 4 heures. Son fonctionnement n’engendre ni bruit ni vibration .

« Le produit pile à combustible est totalement abouti. Éprouvé en Asie avec 40 000 modules déjà installés au Japon, il a été introduit cette année en Allemagne. En France, la technologie vient tout juste de naître, il est nécessaire de l’accompagner. Le système est performant et sûr, il n’y a aucune crainte à avoir, l’hydrogène produit est immédiatement réutilisé dans le système ; il faut lever le doute, il n’y a pas de stockage » précise Richard Cordonnier de la société VIESSMANN.

3 piles à combustible développées en expérimentation à Forbach

Capitale de la Moselle-Est, la ville de FORBACH est située à 60 km de Metz et à 5 km de la frontière allemande. Elle est, avec près de 23 000 habitants, la commune la plus peuplée de l’ancien bassin houiller (actuel Val de Rosselle). Au cœur d’un territoire en pleine reconversion soutenue par la Communauté d’Agglomérations de Forbach Porte de Frances, FORBACH est activement engagée dans le développement durable, la protection de l’environnement et la valorisation des énergies du futur.

En janvier 2014, Laurent Kalinowski député-maire de FORBACH, et Jean-Marc Pastor, sénateur, ont remis au gouvernement un rapport sur l’hydrogène, en tant que vecteur de la transition énergétique. La ville de FORBACH a ensuite souhaité passer de la théorie à la pratique, en participant au projet EPILOG soutenu par l’ADEME. « Terre d’énergie, nous avons à reconstruire une vitrine positive de notre région, qui s’inscrive dans la modernité et le développement industriel. Cette expérimentation doit accompagner l’image dynamique du potentiel industriel français dont les compétences, reconnues à l’international, doivent être considérées au niveau national. Il faut que ce travail puisse démontrer nos réelles avancées technologies » souligne Laurent Kalinowski.

Le programme expérimental posant comme conditions de trouver trois sites approuvant le test de la pile à combustible, VIESSMANN, entreprise originaire de Lorraine, s’est chargée de la recherche des applications réelles et a trouvé en la mairie de Forbach un véritable partenaire. Situés dans le quartier de Wiesberg, les 3 bâtiments ont l’avantage de présenter des configurations différentes : une maison individuelle, un ensemble de deux logements collectifs et un petit ERP (crèche).

Jean-Marc Telatin, Chef du service Bâtiment Environnement de la mairie de FORBACH, a identifié 3 sites correspondant aux critères du cahier des charges définis par les acteurs du projet, tenant compte des caractéristiques du produit : surface inférieur à 120 m2, isolation renforcée, émission de chaleur par radiateurs à chaleur douce ou plancher chauffant. Il fait remarquer que « si, à l’origine, la demande concernait davantage des maisons individuelles neuves, le fait de réaliser ces tests dans des bâtiments rénovés, répondant au cahier des charges, et en particulier dans une crèche, élargit le champ d’applications potentielles de la pile à combustible ».

3 configurations différentes d’expérimentation pour élargir le champ d’application de la pile à combustible au gaz naturel

Depuis août 2014, les piles à combustible sont mises en œuvre dans les différents sites sélectionnés, en remplacement d’une ancienne chaudière, par l’entreprise locale Dorkel, aux compétences validées par VIESSMANN. En toutes saisons, elles vont permettre de couvrir une partie importante des besoins en électricité, limitant ainsi l’achat d’électricité au réseau voire même tous les besoins électriques comme cela pourrait-être le cas pour le site de la crèche. Situés dans le quartier de Wiesberg, les bâtiments équipés ont l’avantage de présenter des configurations différentes au-delà de la cible principale de la technologie, la maison individuelle performante en neuf comme en rénovation :

Pavillon du gardien du gymnase et du Conservatoire de musique et de danse

Rénové en 2013, le bâtiment en lui-même n’a reçu aucune modification majeure. La pile a été raccordée sur le réseau de chauffage existant après ajout de quelques radiateurs à chaleur douce. Le gardien, très satisfait du gain de place dans sa cuisine où était installée auparavant une chaudière individuelle, a pu également constater que le système était particulièrement silencieux.

La crèche Arc-en-Ciel, 1er ERP équipé d’une pile à combustible en France D’une surface comparable à une grande maison individuelle (170 m2), cette crèche accueille jusqu’à 25 enfants la journée. Le système pile à combustible garantit le chauffage et la production d’eau chaude, en permanence et à bonne température, indispensables pour assurer un confort de qualité à cet établissement destiné à des enfants en bas âge. Il procure également l’électricité nécessaire aux usages du lieu (éclairage, lave-linge, réfrigérateur...).

Deux logements collectifs d’habitation du groupe scolaire Wiesberg chauffés par le sol

Situés dans un immeuble, dont le gérant (SCI Caltaure II) a accepté de devenir partenaire du projet, les deux logements collectifs sont en cours d’équipement. Un seul système de pile à combustible au gaz naturel fournira chauffage, eau chaude et électricité aux deux logements. Le chauffage par radiateurs a été remplacé par un plancher chauffant. La mise en route est prévue pour la fin du mois d’octobre 2014.

Une solution prometteuse au cœur des ambitions souhaitées par les pouvoirs publics

Chacun des sites instrumentés par le COSTIC (Comité scientifique et technique des Industries Climatiques) permettra de réaliser des bilans pour valider les performances de la pile à combustible en situation réelle, au-delà des tests en laboratoire. Un dispositif de mesures en continu équipe une quinzaine de points de mesure par site. Les éléments récoltés sont traités et analysés par le COSTIC et étudiés par l’ensemble des partenaires du projet. Le CRIGEN (l’un des laboratoires de la Direction Recherche & Technologies de GDF Suez) par exemple, apporte son expertise technique sur l’analyse et l’exploitation des résultats, en comparaison avec ceux issus des tests effectués au préalable par ses soins en laboratoire.

Cette acquisition d’informations et les conclusions qui en résultent vont permettre de vérifier l’ensemble des performances du produit et son adéquation aux besoins énergétiques des bâtiments pilotes.

Au-delà de la valorisation des caractéristiques produit, les résultats obtenus vont permettre de préparer les outils indispensables à la filière (installateurs, sociétés de maintenance) et de disposer des données nécessaires aux Pouvoirs Publics pour l’intégration dans la réglementation. Ce sont les résultats récoltés et analysés, les échanges entre partenaires autour de la technologie, les comparatifs avec les essais en laboratoire, qui vont permettre de construire tout le discours réglementaire et pédagogique et ainsi de favoriser l’adéquation de la pile à combustible au marché.

Le consortium créé autour du projet EPILOG pourra mettre en place tous les moyens de communication et de valorisation auprès des Pouvoirs Publics, de la filière (ouvrages et modules de formations) et du grand public. « La pile à combustible au gaz naturel est véritablement une solution d’avenir. Elle possède de très hautes performances énergétiques, et est à ce titre parfaitement en phase avec la future loi de Transition Énergétique. Elle représente un des produits phares de la « road map technologique » de GrDF ; c’est une solution pour passer de la pratique du consommateur à celle du consom’acteur produisant localement une partie de son électricité » conclut Ludovic Thiébaux.