Chaîne de l'industrie de l'énergie hydrogène et tendances futures du développement en Chine

Dans la chaîne industrielle de l'hydrogène, l'industrie et les transports sont les principaux domaines d'application, tandis que la construction, la production d'électricité et d'autres domaines en sont encore au stade exploratoire. D'ici 2060, le secteur industriel et le secteur des transports représenteront 60 % et 31 % de la consommation d'hydrogène, tandis que le secteur de la production d'énergie et le secteur de la construction représenteront respectivement 5 % et 4 %.

Prévisions globales

Le plan à moyen et long terme pour le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène (2021-2035) souligne qu'"un système industriel de l'énergie hydrogène sera formé d'ici 2035, et une écologie diversifiée d'application de l'énergie hydrogène sera construite couvrant les transports, le stockage de l'énergie, l'industrie et d'autres domaines". L'énergie hydrogène constituera une voie importante vers la décarbonisation dans toutes les industries. À l'heure actuelle, le coût de l'énergie hydrogène est élevé et son champ d'application est restreint.

L'énergie hydrogène est principalement utilisée dans les secteurs de l'industrie et des transports, et en est encore au stade de l'exploration dans les secteurs de la construction, de la production d'électricité et du chauffage. Selon la China Hydrogen Energy Alliance, le secteur industriel et le secteur des transports représenteront respectivement 60% et 31% de la consommation d'hydrogène d'ici 2060, tandis que le secteur de l'électricité et le secteur de la construction représenteront respectivement 5% et 4%.

Transport

Les transports sont un domaine d'application de l'énergie hydrogène relativement mature. En termes de demandes de brevets, il y avait 15 639 demandes de brevets pour des applications de la technologie de l'hydrogène dans le secteur des transports en 2021, représentant 71% des applications en aval de la technologie de l'hydrogène. Les applications de l'énergie hydrogène dans le domaine des transports comprennent l'automobile, l'aviation et le transport maritime, les véhicules à pile à combustible étant le principal scénario d'application dans le domaine des transports.

Situation des autoroutes

État du développement des véhicules à pile à combustible : L'industrie des véhicules à pile à combustible n'en est qu'à ses débuts. Le nombre d'entreprises de véhicules à pile à combustible est faible, la technologie, le coût et l'échelle sont les principaux seuils d'entrée, la production de véhicules à pile à combustible et l'échelle de commercialisation sont faibles. En 2020, en raison de l'impact de l'épidémie et d'autres facteurs, la production et les ventes de véhicules à pile à combustible ont considérablement diminué, avant de se redresser régulièrement.

En 2021, la production et les ventes de véhicules à pile à combustible ont augmenté respectivement de 35% et 49% en glissement annuel. Depuis le début de cette année, la production et les ventes ont encore augmenté, avec une production de 1 804 unités au premier semestre, dépassant déjà la totalité de l'année dernière. Par rapport aux véhicules électriques purs et aux véhicules à carburant traditionnels, les véhicules à pile à combustible présentent les avantages suivants : faibles émissions de gaz à effet de serre, temps de ravitaillement court et grande autonomie, ce qui les rend plus adaptés aux transports de moyenne et longue distance ou aux transports lourds.

La politique actuelle de l'industrie des véhicules à pile à combustible donne également la priorité au développement des véhicules commerciaux. À l'heure actuelle, les véhicules domestiques à pile à hydrogène sont principalement des véhicules commerciaux tels que des autobus et des poids lourds, tandis que les voitures particulières sont principalement utilisées pour le leasing et représentent moins de 0,1%.

Les véhicules à pile à combustible sont actuellement coûteux à l'achat et ne sont pas encore totalement commercialisés. Le coût est le principal facteur qui limite la commercialisation des piles à combustible. Le développement des véhicules à pile à combustible dépend encore des subventions publiques et du soutien politique. Un grand nombre de bus à hydrogène seront promus en 2020. Bien qu'il y ait des différences dans les spécifications des modèles, les fournisseurs de systèmes et la puissance, le prix moyen de la plupart des bus commandés est de 2 à 3 millions de RMB par bus, ce qui est relativement élevé.

En outre, les véhicules à pile à combustible ont des exigences élevées en matière de performance à basse température, un coût élevé du système d'alimentation, couplé à la rareté de l'infrastructure et à d'autres limitations, jusqu'à présent, ils n'ont pas été largement promus et doivent encore être améliorés à l'avenir.

Perspectives de développement des véhicules à pile à combustible：Sous l'impulsion de la réalisation de l'objectif "double carbone", les véhicules à pile à combustible sans carbone devraient continuer à connaître une forte croissance. Le plan à moyen et long terme pour le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène (2021-2035) indique qu'il y aura environ 50 000 véhicules à pile à hydrogène d'ici 2025. Selon ce calcul, le taux de croissance annuel moyen de l'exploitation dépassera 50% en 2022-2025.

Le coût des véhicules à pile à combustible a une grande marge de manœuvre pour diminuer à l'avenir. Les véhicules à pile à combustible comprennent principalement le système de pile à combustible, le système de stockage d'hydrogène embarqué, le système de contrôle du véhicule, etc. Parmi ces éléments, les systèmes de piles à combustible occupent une place centrale, et leur coût devrait baisser à mesure que la technologie progresse et s'étend. Selon le rapport, avec le développement de la production et de la technologie à grande échelle, le coût des véhicules particuliers à pile à combustible sera égal à celui des autres véhicules particuliers tels que les véhicules électriques purs et les véhicules à carburant en 2030.

Le coût du système de pile à combustible passera de 30 200 USD par véhicule en 2015 à 4 300 USD par véhicule en 2030. Le coût unitaire devrait baisser de 86%, passant de $38 par KWH en 2015 à $54 par KWH en 2030, ce qui constitue la principale force motrice de la réduction du coût des véhicules à pile à combustible.

Les véhicules à pile à combustible conviennent aux transports lourds et à longue distance, et sont plus compétitifs sur le marché avec des exigences de kilométrage élevées et une grande capacité de charge. Le développement futur s'oriente vers les poids lourds, les voitures particulières pour le transport longue distance, etc. Selon l'analyse de l'Association internationale de l'énergie hydrogène, les véhicules à pile à combustible présentent un avantage en termes de coûts sur le marché des transports dont l'autonomie est supérieure à 650 kilomètres.

Étant donné que les voitures particulières et les autobus urbains ont généralement une autonomie plus courte, les véhicules électriques purs ont un avantage. L'avenir des véhicules à pile à combustible est très prometteur. Par rapport aux modèles purement électriques, les véhicules à pile à combustible surmontent les problèmes du long délai de réapprovisionnement en énergie et de la faible adaptabilité à l'environnement à basse température, améliorent l'efficacité opérationnelle et complètent les scénarios d'application des modèles purement électriques. L'institut de recherche China Hydrogen Energy Alliance prévoit que la production chinoise de véhicules à pile à combustible devrait atteindre 620 000 unités par an d'ici 2030.

Situation des chemins de fer

L'énergie propre est devenue un élément important du futur système énergétique dans de nombreux pays. En tant qu'énergie propre, l'hydrogène a fait l'objet d'une grande attention dans le domaine ferroviaire. L'application de l'énergie hydrogène dans le domaine du transport ferroviaire est principalement combinée à des piles à combustible pour former un système d'alimentation remplaçant le moteur à combustion interne traditionnel. Des trains fonctionnant à l'hydrogène sont actuellement développés et testés, avec des pays comme l'Allemagne, les États-Unis, le Japon et la Chine en tête.

En 2022, l'Allemagne mettra en service la première ligne ferroviaire respectueuse de l'environnement au monde, composée de trains de voyageurs alimentés à l'hydrogène, avec une autonomie de 1 000 kilomètres et une vitesse maximale de 140 kilomètres par heure. En 2021, la Chine a lancé la première locomotive hybride à pile à hydrogène, qui peut fonctionner en continu pendant 24,5 heures avec une charge d'hydrogène complète et peut transporter une charge tractable maximale de plus de 5 000 tonnes sur une voie droite.

La première station de démonstration de recherche scientifique sur l'hydrogénation des trains lourds en Chine sera construite en 2022 et fournira de l'énergie sous forme d'hydrogène pour les locomotives. Les avantages des trains à hydrogène sont qu'ils ne nécessitent pas de modifier les voies ferrées existantes, qu'ils sont remplis d'hydrogène par pompage, qu'ils sont peu bruyants et qu'ils n'émettent aucune émission de carbone.

Cependant, le développement de trains alimentés à l'hydrogène présente des difficultés à ce stade. D'une part, le coût de la pile à hydrogène est plus élevé que celui du moteur à combustion interne traditionnel, et le coût du système d'alimentation en hydrogène (y compris le stockage de l'hydrogène et le système de dissipation de la chaleur, etc. Le coût des véhicules équipés d'un système énergétique à hydrogène est plus élevé.

D'autre part, en raison d'une technologie immature, d'une faible demande et d'autres facteurs, la construction de l'infrastructure énergétique de l'hydrogène, telle que les stations de ravitaillement en hydrogène, n'est pas encore parfaite. Alors que les principaux pays du monde s'intéressent au développement de l'énergie propre représentée par l'énergie hydrogène, le train à hydrogène est un moyen efficace de réduire les émissions de carbone, et le développement futur de l'espace est vaste. Parmi les pays européens, la France s'est engagée à remplacer son réseau ferroviaire national alimenté par des combustibles fossiles (diesel) par un réseau alimenté par des énergies propres, dont l'hydrogène, d'ici 2035, l'Allemagne d'ici 2038 et le Royaume-Uni d'ici 2040.

Situation de l'aviation

L'industrie aéronautique est également confrontée à de nouveaux défis liés à la transformation du système énergétique, car l'évolution de l'énergie vers une faible teneur en carbone et une absence de carbone s'accélère.

L'énergie hydrogène offre la possibilité d'une aviation à faible émission de carbone, réduisant la dépendance de l'industrie à l'égard du pétrole brut et les émissions de gaz à effet de serre et de gaz nocifs. Par rapport à l'énergie fossile, les piles à combustible peuvent réduire les émissions de carbone de 75%-90%, la combustion directe d'hydrogène dans les turbines à gaz peut réduire les émissions de carbone de 50%-75%, et les carburants synthétiques peuvent réduire les émissions de carbone de 30%-60%.

Les avions à hydrogène peuvent constituer une solution de réduction des émissions de carbone pour les vols à courte et moyenne distance, mais pour les vols à longue distance, le kérosène reste nécessaire. L'hydrogène devrait répondre à environ 5 % des besoins énergétiques du secteur de l'aviation d'ici à 2060. L'hydrogène est un moyen de réduire les émissions de carbone dans l'industrie aéronautique. Les États-Unis, le Royaume-Uni, l'Union européenne et d'autres pays et régions développés ont publié des plans stratégiques de haut niveau relatifs au développement de l'aviation à hydrogène.

Comme le montrent les plans des pays développés, le développement de l'aviation à hydrogène est un processus de longue haleine. D'ici à 2030, nous nous concentrerons sur le développement de technologies de base et sur la réalisation d'essais aéronautiques. D'ici à 2050, nous aurons achevé la construction d'aéronefs de vérification des avions de passagers à long rayon d'action et d'infrastructures de ravitaillement en hydrogène à grande échelle, et nous aurons réalisé une application à grande échelle dans le domaine de l'aviation.

Situation des transports

Avec le développement rapide de l'industrie du transport maritime, les problèmes environnementaux causés par les navires à moteur diesel deviennent de plus en plus évidents. En 2020, l'industrie du transport maritime en Chine représentait 12,6 % des émissions du secteur des transports. L'hydrogène, en tant qu'énergie propre, devrait jouer un rôle positif dans la réduction des émissions de carbone dans le secteur du transport maritime. Selon le rapport, la réduction des émissions de carbone de l'industrie maritime dépend principalement du développement et de la commercialisation de nouvelles technologies et de nouveaux carburants à faible teneur en carbone, tels que l'hydrogène et l'ammoniac.

Dans le scénario d'engagement, le modèle d'application de l'hydrogène basé sur les piles à combustible répondra en 2060 à environ 10% de la demande d'énergie dans le secteur du transport par voie d'eau. L'hydrogène et les carburants à base d'hydrogène constituent l'une des options de réduction des émissions de carbone dans le secteur du transport maritime. L'électrification du transport fluvial et côtier peut être réalisée grâce à la technologie des piles à hydrogène, et la décarbonisation du transport maritime peut être réalisée grâce aux biocarburants ou à de nouveaux carburants tels que la synthèse de l'ammoniac sans hydrocarbures.

Certaines entreprises et institutions chinoises ont lancé le développement de navires à hydrogène en s'appuyant sur les avancées technologiques nationales en matière d'énergie hydrogène et de piles à combustible. À l'heure actuelle, les navires à hydrogène sont généralement utilisés dans les lacs, les rivières intérieures, les zones offshore et d'autres lieux, comme source d'énergie principale pour les petits navires ou comme source d'énergie auxiliaire pour les grands navires.

Le développement de grands navires fonctionnant à l'hydrogène, tels que les navires d'ingénierie offshore, les navires RO-RO offshore et les super yachts, est la tendance future. En général, les navires à hydrogène n'en sont qu'au début de leur exploration, et la technologie des piles à combustible de grande puissance n'est pas encore au point. Cependant, avec l'émergence des avantages du stockage de l'hydrogène, la pénétration du marché des navires à pile à combustible augmentera progressivement.

D'ici 2030, la Chine devrait mettre en place un système de conception, de fabrication, de mise en service, d'essai, de vérification du fonctionnement et d'évaluation des performances des navires à hydrogène, établir une infrastructure de soutien pour la production, le stockage et le transport de l'hydrogène, étendre l'échelle des applications de démonstration des navires à hydrogène dans les rivières et les lacs intérieurs, et améliorer l'infrastructure liée au transport par voie d'eau.

Atteindre l'objectif de neutralité carbone dans le secteur chinois des équipements de transport fluvial d'ici 2060, réaliser des démonstrations d'application de navires à hydrogène sur les routes internationales et renforcer la compétitivité internationale de l'industrie chinoise des navires à hydrogène.

Domaine d'activité

L'industrie est un secteur d'application difficile pour la décarbonisation. L'énergie fossile n'est pas seulement un combustible industriel, mais aussi une matière première industrielle importante. Les combustibles industriels peuvent être partiellement décarbonisés par l'électrification, mais l'espace pour l'électrification directe des matières premières industrielles est limité. Sous l'impulsion de la métallurgie de l'hydrogène, des carburants synthétiques et des carburants industriels, la demande d'hydrogène dans le secteur industriel atteindra 77,94 millions de tonnes d'ici 2060, soit près de deux fois celle du secteur des transports.

Industrie sidérurgique

Les émissions de dioxyde de carbone provenant de la fusion de l'acier sont importantes. En 2020, les émissions totales de carbone de l'industrie sidérurgique chinoise s'élevaient à environ 1,8 milliard de tonnes, représentant environ 15% des émissions totales de carbone de la Chine. Dans le cadre de l'objectif "double carbone", l'industrie sidérurgique est confrontée à une pression énorme en matière de réduction des émissions de carbone. Selon la feuille de route "pic carbone - neutralité carbone" publiée par diverses grandes entreprises sidérurgiques, combinée à l'objectif de réduction des émissions de carbone de la China Iron and Steel Industry Association, en supposant que d'ici 2030, l'industrie sidérurgique chinoise réduira ses émissions de carbone de 30%, l'industrie sidérurgique devra réduire ses émissions de 540 millions de tonnes au cours de cette période.

La Chine représente plus de la moitié de la production mondiale d'acier, et la réduction des émissions de carbone dans l'industrie sidérurgique est d'une grande importance pour l'objectif chinois de "doublement du carbone". Dans l'industrie sidérurgique, l'hydrogène peut être utilisé dans la métallurgie de l'hydrogène, les carburants et d'autres aspects, la métallurgie de l'hydrogène étant la plus importante. La métallurgie de l'hydrogène utilise l'hydrogène à la place de la réduction du carbone dans le processus métallurgique, afin de réduire le carbone à la source, et la fusion traditionnelle du fer en haut fourneau est basée sur la fusion du charbon, les émissions de carbone représentent environ 70% des émissions totales.

La métallurgie de l'hydrogène est une technologie révolutionnaire pour l'industrie sidérurgique afin d'atteindre l'objectif du "double carbone". En 2021, le 14e plan quinquennal de développement industriel vert a été publié, soulignant la nécessité de promouvoir vigoureusement la construction de l'infrastructure énergétique de l'hydrogène et de promouvoir le développement de la technologie de fabrication de fer à faible teneur en carbone sans haut fourneau dans l'industrie du fer et de l'acier. À l'heure actuelle, l'hydrogène utilisé dans la technologie de la métallurgie de l'hydrogène provient principalement du charbon, et la capacité globale de réduction du carbone est limitée.

La technologie de la métallurgie de l'hydrogène se divise en deux catégories : la métallurgie de l'hydrogène en haut fourneau et la métallurgie de l'hydrogène hors haut fourneau. La métallurgie de l'hydrogène en haut fourneau fait référence à la réalisation de la "métallurgie partielle de l'hydrogène" en injectant de l'hydrogène ou un gaz riche en hydrogène dans le haut fourneau au lieu d'une réaction de réduction partielle du carbone. La technologie de la métallurgie de l'hydrogène hors haut fourneau est dominée par la méthode du four à cuve à base de gaz. La technologie chinoise de métallurgie de l'hydrogène en four à cuve en est à son stade initial et est limitée par la production, le stockage et le transport de l'hydrogène, la qualité du concentré et d'autres conditions.

Il y a encore une certaine distance entre l'application à grande échelle et la réduction profonde du carbone dans l'ensemble du cycle de vie. À l'échelle mondiale, la technologie d'industrialisation de la métallurgie de l'hydrogène n'est pas encore au point, et les pays leaders dans ce domaine, tels que l'Allemagne et le Japon, en sont également au stade de la recherche, du développement et des essais. Selon les statistiques de l'Agence mondiale de l'énergie, la durée de vie d'un haut fourneau traditionnel est de 30 à 40 ans, et l'âge moyen des hauts fourneaux de production de fer dans le monde n'est que d'environ 13 ans.

À l'avenir, le monde continuera pendant longtemps à utiliser le procédé traditionnel de fabrication du fer en haut fourneau, et la technologie de métallurgie en haut fourneau à faible émission de carbone constituera un axe de recherche et de développement important pendant la période de transition. Le développement de la métallurgie de l'hydrogène peut se faire par étapes : d'ici 2025, la faisabilité de la fusion industrielle de l'hydrogène à grande échelle peut être vérifiée par une installation pilote ;

D'ici 2030, la production industrielle d'hydrogène à partir de gaz de cokerie, de produits chimiques et d'autres sous-produits sera réalisée. D'ici 2050, la fusion de l'acier à l'aide d'hydrogène de haute pureté sera réalisée, l'hydrogène étant principalement produit par électrolyse de l'eau à partir de l'énergie hydraulique, de l'énergie éolienne et de l'énergie nucléaire.

Industrie chimique

L'hydrogène est une matière première importante dans la synthèse de l'ammoniac, la synthèse du méthanol, le raffinage du pétrole et l'industrie chimique du charbon, et une petite partie du gaz sous-produit est utilisée comme combustible industriel pour la combustion. Les données de la China Hydrogen Energy Alliance montrent qu'en 2020, l'hydrogène utilisé dans la synthèse de l'ammoniac, le méthanol, la fonte et l'industrie chimique représentait respectivement 32%, 27% et 25%. À l'heure actuelle, la production industrielle d'hydrogène repose principalement sur l'énergie fossile, et le remplacement de l'hydrogène propre à faible teneur en carbone offre un grand potentiel pour l'avenir.

L'ammoniac est un composé d'azote et d'hydrogène, largement utilisé dans les engrais azotés, les réfrigérants et les matières premières chimiques. La demande d'ammoniac synthétique provient principalement des engrais agricoles et de l'industrie, dont les engrais agricoles représentent environ 70%. L'Agence internationale de l'énergie prévoit que d'ici 2050, plus de 30% d'hydrogène seront utilisées pour fabriquer de l'ammoniac et du carburant.

Actuellement, l'hydrogène nécessaire à la production d'ammoniac (également appelé hydrogène gris issu de combustibles fossiles) est principalement obtenu par reformage du méthane à la vapeur (SMR) ou par gazéification du charbon, et chaque tonne d'ammoniac produite émet environ 2,5 tonnes de dioxyde de carbone. La synthèse d'hydrogène vert à partir d'ammoniac peut réduire les émissions de dioxyde de carbone. L'équipement principal pour la synthèse verte de l'hydrogène et de l'ammoniac comprend un équipement de production d'énergie à partir d'énergies renouvelables, un équipement de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau, un dispositif de séparation de l'air et un dispositif de synthèse de l'ammoniac, et l'équipement technique connexe ci-dessus présente un degré élevé de localisation.

Parmi elles, les technologies de base de l'électrolyse de l'eau et de l'électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons permettent de produire de l'hydrogène à grande échelle par électrolyse de l'eau, et la technologie chinoise des cellules électrolytiques de base se situe au premier rang de l'industrie. En outre, la technologie chinoise d'électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons en est au stade initial et son coût est élevé ; l'avenir dépend principalement du processus de développement de la technologie des piles à combustible.

L'approvisionnement en hydrogène à grande échelle, à faible coût, continu et stable est la prémisse de l'application de l'hydrogène vert dans l'industrie chimique. Bien que l'application de l'hydrogène vert à l'industrie chimique soit confrontée à des défis économiques à court terme, le prix de la production d'énergie renouvelable continuant à baisser, la parité de l'hydrogène vert devrait être atteinte dans certaines parties de la Chine d'ici 2030. L'hydrogène vert entrera dans le domaine industriel et deviendra progressivement une matière première conventionnelle pour la production chimique.

Production d'électricité

L'hydrogène pur et un mélange d'hydrogène et de gaz naturel peuvent être utilisés pour alimenter des turbines à gaz et ainsi décarboniser le secteur de la production d'électricité. L'hydrogène peut être produit de deux manières. La première consiste à utiliser l'énergie de l'hydrogène dans une turbine à gaz, par le biais du processus d'inspiration, de compression, de combustion, d'échappement, d'entraînement du moteur pour produire du courant, c'est-à-dire le "générateur d'hydrogène".

Le générateur d'hydrogène peut être intégré à la ligne de transmission du réseau et coopérer avec le dispositif de production d'hydrogène pour produire de l'hydrogène par électrolyse de l'eau lorsque la consommation d'énergie est faible, puis générer de l'électricité grâce à l'énergie hydrogène lorsque la consommation d'énergie est élevée, de manière à réaliser une application rationnelle de l'énergie électrique et à réduire le gaspillage des ressources. L'autre utilise la réaction inverse de l'électrolyse de l'eau, dans laquelle l'hydrogène réagit électrochimiquement avec l'oxygène (ou l'air) pour produire de l'eau et de l'électricité, connue sous le nom de "technologie des piles à combustible".

Les piles à combustible peuvent être utilisées dans les centrales électriques fixes ou mobiles, les centrales électriques de secours, les systèmes d'alimentation électrique de secours, les systèmes de production combinée de chaleur et d'électricité et d'autres équipements de production d'énergie. Ces deux types de production d'électricité à partir d'hydrogène présentent un problème de coût élevé. Actuellement, la production d'électricité à partir de piles à combustible coûte environ 2,50 à 3,00 RMB par degré, alors que les autres types de production d'électricité coûtent en principe moins de 1 RMB par degré.

Par exemple, le coût actuel de la production d'électricité thermique est d'environ 0,25-0,40 RMB/ degré, le coût de la production d'électricité éolienne est d'environ 0,25-0,45 RMB/ degré, le coût de la production d'électricité solaire est d'environ 0,30-0,40 RMB/ degré, et le coût de la production d'électricité nucléaire est d'environ 0,35-0,45 RMB/ degré. Si l'on compare le coût de la production d'électricité, on constate que le coût de la production d'électricité des piles à combustible est plus élevé que celui des autres modes de production d'électricité.

Les équipements de base, tels que la membrane échangeuse de protons et la cellule électrolytique, étant principalement importés, leur coût est relativement élevé et le platine, la matière première superposée, est cher, ce qui entraîne un coût élevé de la production d'énergie à partir d'hydrogène. L'accent étant mis sur les énergies propres, la proportion d'électricité produite par des sources renouvelables telles que l'énergie éolienne et solaire a progressivement augmenté. En 2020, la capacité installée totale de l'énergie éolienne et de l'énergie solaire en Chine a atteint 530 millions de kW, représentant 11% de la consommation sociale totale d'électricité.

D'ici à 2030, la capacité totale installée de l'énergie éolienne et de l'énergie solaire atteindra plus de 1,2 milliard de kW. Selon l'étude, l'énergie éolienne et solaire représentera près de 70% de la production d'électricité dans le cadre du scénario 2050 d'émissions de carbone nulles. La production d'énergie renouvelable joue un rôle de plus en plus important dans le système électrique. Cependant, l'intermittence et le caractère aléatoire de la production d'énergie éolienne et solaire affectent la continuité et la stabilité de l'alimentation électrique connectée au réseau, de sorte que le stockage de l'énergie, en tant que sujet relativement indépendant, jouera un rôle important.

À l'heure actuelle, il existe principalement des systèmes d'accumulation par pompage, des batteries électroniques au lithium, des batteries au plomb et des systèmes d'alimentation en eau potable. stockage d'énergie par air comprimédont l'accumulation par pompage représente plus de 86%. Par rapport à d'autres méthodes de stockage de l'énergie, stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène présente les avantages d'une longue durée de décharge, d'un coût élevé pour le stockage de l'hydrogène à grande échelle, d'un stockage et d'un transport flexibles et d'une absence de dommages pour l'environnement.

En outre, le stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène présente divers scénarios d'application. Du côté de l'alimentation électrique, le stockage de l'énergie par l'hydrogène peut réduire l'abandon de l'électricité et atténuer les fluctuations. En ce qui concerne le réseau électrique, le stockage de l'énergie par l'hydrogène peut être utilisé pour charger la capacité de pointe du réseau électrique et soulager l'obstruction des lignes de transmission. À l'heure actuelle, l'application du stockage de l'énergie par l'hydrogène doit encore relever de nombreux défis en raison de contraintes techniques et économiques.

D'une part, les systèmes de stockage de l'énergie à base d'hydrogène sont relativement inefficaces. Il y a deux conversions d'énergie dans le processus "électrique-hydrogène-électrique" du stockage d'énergie par l'hydrogène, et l'efficacité globale est d'environ 40%, ce qui est inférieur à l'efficacité de conversion d'énergie d'environ 70% pour le stockage d'énergie par pompage et le stockage d'énergie par batterie au lithium.

D'autre part, les systèmes de stockage de l'énergie à base d'hydrogène sont relativement coûteux. Le coût actuel du stockage par pompage et du stockage de l'énergie par air comprimé est d'environ 7 000 RMB/kW, le stockage de l'énergie électrochimique est d'environ 2 000 RMB/kW, et le système de stockage de l'énergie à l'hydrogène coûte environ 13 000 RMB/kW, ce qui est beaucoup plus élevé que les autres méthodes de stockage de l'énergie. Le stockage de l'énergie par l'hydrogène en est encore à ses débuts, avec environ 1,5 MW installés en 2021 et une pénétration du stockage de l'énergie par l'hydrogène inférieure à 0,1%.

Le stockage de l'hydrogène jouera un rôle important dans la promotion de l'écrêtement et de la neutralisation du carbone dans le secteur de l'énergie. Le document d'orientation sur l'accélération du développement du stockage des nouvelles énergies publié par le gouvernement chinois en 2021 propose que le stockage des nouvelles énergies passe de la commercialisation au développement à grande échelle d'ici à 2025. D'ici 2030, le développement du marché du stockage des nouvelles énergies sera réalisé. En tant que nouveau type de stockage d'énergie, le stockage d'énergie à base d'hydrogène dispose d'un large espace de développement pour l'avenir.

Domaine de la construction

La demande énergétique du secteur du bâtiment est principalement utilisée pour la consommation d'énergie pour le chauffage (chauffage des locaux), le chauffage (eau chaude sanitaire), etc. Actuellement, le chauffage à l'hydrogène n'est pas supérieur aux technologies concurrentes telles que le chauffage au gaz naturel (le combustible de chauffage le plus courant) en termes d'efficacité, de coût, de sécurité et de disponibilité des infrastructures.

Étant donné que l'utilisation de l'hydrogène pur nécessite de nouvelles chaudières à hydrogène ou d'importants travaux de modernisation des conduites existantes, le coût de l'utilisation de l'hydrogène pur dans les bâtiments est relativement élevé. En Europe, par exemple, l'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie a commencé plus tôt qu'ailleurs, mais le coût du chauffage à l'hydrogène est encore plus de deux fois supérieur à celui du gaz naturel. Même en 2050, lorsque les pompes à chaleur deviendront l'option la plus économique, le chauffage à l'hydrogène pourrait encore coûter 50 % de plus que le chauffage au gaz naturel.

L'hydrogène peut être transporté sous forme d'hydrogène pur ou mélangé au gaz naturel, ce qui nécessite davantage de gazoducs. L'hydrogène peut également présenter un risque pour la sécurité des conduites de gaz naturel en acier, qui devront être remplacées par des conduites en polyéthylène. De tels investissements peuvent être rentables pour les grands bâtiments commerciaux ou les réseaux de chauffage urbain, mais peuvent être trop coûteux pour les petites unités résidentielles.

Par conséquent, les premières utilisations de l'hydrogène dans les bâtiments se feront principalement sous forme hybride. L'hydrogène peut être mélangé au gaz naturel dans une proportion allant jusqu'à 20 % en volume, sans qu'il soit nécessaire de modifier les équipements ou les canalisations existants. Le mélange d'hydrogène dans les conduites de gaz peut réduire les coûts et équilibrer la demande d'énergie saisonnière par rapport à l'utilisation d'hydrogène pur.

Avec la baisse du coût de l'hydrogène, les régions disposant d'une infrastructure de gaz naturel et d'un accès à l'hydrogène à bas prix, telles que l'Amérique du Nord, l'Europe et la Chine, devraient progressivement utiliser l'hydrogène pour le chauffage et la climatisation des bâtiments. DNV, une société maritime norvégienne, prévoit que l'utilisation de l'hydrogène pur dans les bâtiments pourrait dépasser celle de l'hydrogène mixte à la fin des années 2030. D'ici 2050, l'hydrogène représentera environ 3-4% de la demande totale d'énergie pour le chauffage et la climatisation des bâtiments.