Sortie officielle de la cartographie stockage - 22 mai 2017

Avec le soutien de
SORTIE DE LA CARTOGRAPHIE STOCKAGE
22 ma i 2017
SMARTWATER
HYB2HYB
HYLIFE
SOTHERCO

S o r t i e o f f i c i e l l e d e l a c a r t o g r a p h i e s t o c k a g e – 2 2 / 0 5 / 1 7
P R O G R A M M E
Première partie : cartographie secteur et entreprises
• Cartographie stockage : résultats et tendances
M. Cédric Brüll & M. Paul Bricout - Cluster TWEED
• Aquale : géothermie et stockage saisonnier
Tanguy Robert, chargé de recherches
• Engie : Etat de l'art de la filière "Power to gas »
Michel Guerlus, Business Development Manager
• CE+T : Technology, innovation, impact
Olivier Bomboir, Product Management
2

S o r t i e o f f i c i e l l e d e l a c a r t o g r a p h i e s t o c k a g e – 2 2 / 0 5 / 1 7
3
Deuxième partie : projets de recherche
• Projet HYB2HYB : développer la technologie de stockage hybride
batterie Li-ion/SCE
Professeur Patrick Hendrick, ULB
• Projet SMARTWATER : système de régulation des réseaux
électriques par intégration de sites carriers et souterrains pour le
stockage énergétique par turbinage-pompage hydroélectrique
Professeur Patrick Hendrick, ULB
• Projet HYLIFE : matériaux à longue durée de vie pour piles à
combustible PEM hydrogène-air
Professeur François Reniers, ULB
• Projet SOTHERCO (Solar Thermochemical Compact Storage
System) : un système de stockage solaire thermochimique
saisonnier compact, modulaire et innovant
Professeur Marc Frère, UMons
P R O G R A M M E

Cluster Technology of
Wallonia Energy, Environment
and sustainable Development
1
CARTOGRAPHIE
STOCKAGE
Namur – 22/05/2017

PLAN
2
• INTRODUCTION
• CARTOGRAPHIE STOCKAGE
o Objectifs
o Appels à participation
o Réponses
o Publication & chaînes de valeur
• CARTOGRAPHIE HYDROGÈNE

3
INTRODUCTION

4
La compétitivité du renouvelable s’est fortement accru ces dernières
années, le stockage est un « game changer » avec des applications
nombreuses (micro-grids, mobilité durable,…)
Contexte

Qui sommes-nous?
5
Le Cluster TWEED est une organisation wallonne rassemblant
les acteurs du secteur de l'énergie durable.
Nos secteurs clés :

Que faisons-nous?
• Mise en réseau des entreprises et autres acteurs des secteurs de l'énergie
durable via l'organisation de conférences à thèmes, d'évènements de
networking, de conférences, de séminaires, de séances d'information, de
visites d'entreprises...
• Organisation de groupe-projets qui rassemblent des entreprises aux
compétences complémentaires afin de constituer des filières d'entreprises
capables d'offrir des solutions globales aux clients dans des projets de taille
industrielle
• Soutien technique au montage de projets d'investissement et/ou de R&D
sur la thématique des énergies durables
• La réalisation d'une veille technologique dans le domaine de l'énergie
durable
• Réalisation d'études de marché et d'analyse économique et
technologique sur la thématique de l'énergie durable
• Promotion locale et internationale du cluster et de ses membres via
l’Agence Wallonne à l’Exportation (AWEx), l’Energy Techonlogy Energy Club
(AREC) et l’organisation de missions de prospection (Maroc, Pologne).
• Participation à des projets wallons & européens
6

TWEED en quelques chiffres
(depuis sa création, mars 2008)
• > 100 membres effectifs (payants), dont 85% d’entreprises
• Réseau de plus de 350 acteurs technologiques (membres ReWallonia)
• Près de 100 networking events
• Aide au montage de 30 projets de recherche ou d’investissement dans le
secteur « énergie durable » et partenaires de projets wallons (Plan Marshall,
DGO4, First Spin-Off,…) ou européens (H2020, Interreg,…)
• Présence sur plus d’une vingtaine de salons (EWEA, Intersolar, Husum, EU
Biomass Conference,…) et élaboration de plus de 10 missions à
l’international
• Réalisation de 6 cartographies d'acteurs économiques (Eolien, Solaire PV,
Biomasse-énergie, Chaleur verte, Smart Grid, Stockage)
• Plus de 50.000 pages visitées par an sur nos sites Web, 12 newsletters par
an, veille informative,…
• Plus de 15 partenariats : AWEX, Agoria, Energy Technology Club,
International Cleantech Network, Edora, Apere, pôles et clusters wallons
(Mécatech, GreenWin, Cap2020/eco-Construction,…), clusters étrangers
(Energie 2020, Tenerrdis, OREEC-Oslo Energy Cluster, Cluster de Energía del
País Vasco)
7

Axes stratégiques prioritaires de
TWEED
Soutenir les acteurs publics/privés
dans leur axe Energie
Offrir des solutions complètes
auprès des clients/secteurs
Favoriser le rayonnement local &
international des technologies du
cluster
Identifier les opportunités de
marché & Monter / Participer à des
projets d’envergure
Priorités
TWEED

Actions 2017
Event – PAED avec les villes &
communes

Actions 2017
Exemple de « Buyers » : DEME, VAF
Instruments, Krohne, ThyssenKrupp Liften,
Eneco,…
Events – Meet the Buyer

Actions 2017
Lancement d’un site WEB BtoC et
journées “découvertes” d’acteurs
(“Wood/Pellets Day”) !
Les objectifs principaux de ce
regroupement est d’informer et
améliorer la visibilité et l’image du
secteur via l’organisation
d’une journée dédiée et d’un site
Web orienté BtoC
www.leboisénergie.be

Actions 2017
Référentiel Piscines
(Prochain: Hôpitaux)
www.energiepiscines.be
Ou via
www.rewallonia.be

Actions 2017
cluster
Partenaire du Pitch Workshop à
Copenhague (Juin 2017)

Actions 2017
cluster
Partenaire du TBB à
Amsterdam (25-26 Octobre 17)
– Réduction de 40% en tant
que membre de TWEED !
Quelques-unes des entreprises partenaires fidèles à l’événement
Exposez
votre innovation
Pitchez
devant un public
d’investisseurs
et d’industriels
Rencontrez
en face à face
vos futurs clients
via des rdvBtoB
Networkez
avec des
spécialistes
dusecteur
Participez
à des conférences
animées par
des intervenants
de haut niveau
6
Venez rencontrer:
- les startups et projets
soutenus par InnoEnergy
- Nos partenairesEuropéens
- De potentiels investisseurs
cleantech

Actions 2017
cluster
BtoB matching
(ex: H2 Mission @
Grenoble)
Marketing
international
Markets/Technology/
Opportunity Watch
(ex : C40 project)
Collaborations
(ex: AWEX,
Agoria, )
International
Cleantech
Network
(ex: Passport
ICN)

Actions 2017
Event “Mobilité Electrique”
– 20/06 !
Speakers :
- Campus
Francorchamps
- Enersol
- Laborelec
- Ulg
- Ecar
- Tesla
- …

Actions 2017
Event ““Exploring Green Hydrogen
Economy in the Benelux” – 30/06 !

Actions 2017
Event avec Mecatech – Focus
Projets Energie

Actions 2017
Event avec Infopole Cluster TIC –
Digitalisation du secteur de
l’énergie - Pitch’s session

21
Axes stratégiques prioritaires de
TWEED

22
CARTOGRAPHIE
S TOC K A GE

PARTICIPATION
23
• Les conditions de participation sont les suivantes :
o Avoir votre siège d'exploitation/une implantation en
Wallonie ou à Bruxelles
o Apporter une plus-value technologique à la filière
’stockage' (fabrication, R&D, innovation...)
• La participation à cette cartographie est gratuite !
• Rendez-vous sur www.rewallonia.be

OBJECTIFS
24
• Diagnostiquer le secteur
• Cartographier les acteurs
• Promouvoir les compétences wallonnes
• Stimuler les projets d'investissement et de R&D
Avec le soutien de

Exemple – Secteur Solaire PV
25
• Diagnostiquerle secteur
Forces : BIPV, intégration du solaire PV
sur le réseau,…
• Stimuler les projets d'investissement
et de R&D

Exemple – Secteur Biomasse
26
Forces : ensembliers & bureaux d’études,
chauffage résidentiel,…
et de R&D

Exemple – Secteur Eolien
27
Forces : O&M, software,
matières premières,..
et de R&D

RESULTATS
CARTOGRAHIE STOCKAGE
29

Participants
30
Acteurs ont rempli le formulaire

31
ACIT
CECOTEPE
CITIZEN’S
RESERVE
COMPAGNONS
ENERGIES
RENOUVELABLES
ENERGY4ME
HARMELING
HENNALUX
KESSLER MIDEO
SINK FLOAT
SOLUTIONS

32
Benchmarking
Portail ReWallonia :
350 acteurs belges & plus de 4.000 followers !

CHAÎNES DE VALEUR (offline)
Ex : ULB

Analyse des chaînes de valeur
35
Les technologies étudiées sont :

Chaînes de valeurs (réponses)
36
CHAINE HORIZONTALE
R&D 45 70%
Etudes & Conception 47 73%
Financement 11 17%
Fabrication & Production 14 22%
Distribution & Installation 16 25%
Commercialisation & Fourniture 12 19%
Opérations & Maintenance 18 28%
Démantèlement & Recyclage 3 5%
Formation & Certification 18 28%
Education, promotion & sensibilisation 29 45%

37
Electrochimique - batteries conventionnelles
Plomb-Acide (LAB) 10 16%
Nickel-Cadmium (NiCd) 5 8%
Nickel-hydrure métallique (Ni-MH) 4 6%
Sodium-Soufre (NaS) 5 8%
Lithium-Ion (Li-ion) 18 28%
Lithium-Soufre (Li-S) 7 11%
Métal-Air 5 8%
Electrochimique - batteries à circulation
Zinc-Brome (ZBR) 5 8%
Vanadium Redox (VRB) 6 9%
Chimique - combustibles de synthèse
Combustible
Hydrogène liquide 8 13%
Hydrogène gazeux 11 17%
Méthane 10 16%
Hythane 3 5%
Application
Power to gas 13 20%
Pile à combustible PEM 8 13%
Pile à combustible à oxyde solide 5 8%
Electrolyseur
Electrolyseur à membrane 9 14%
Electrolyseur alkalin 6 9%

38
Electrostatique / Magnétique
Super condensateur 12 19%
Supraconducteur 5 8%
Mécanique
Air comprimé 7 11%
Hydraulique Gravitaire 9 14%
Volant d'Inertie 10 16%
Thermique
Chaleur sensible 10 16%
Chaleur latente 5 8%
Chaleur de réaction 10 16%
Stockage saisonnier 11 17%
Stationnaire / Embarqué
Stockage stationnaire 30 47%
connecté au réseau 27 42%
curatif 19 30%
palliatif 15 23%
non connecté au réseau 15 23%
Stockage embarqué 10 16%
Voitures 11 17%
Transports publics 7 11%
Téléphones 3 5%
Ordinateurs 3 5%
Domestique / Industriel
Stockage domestique 27 42%
Stockage industriel 28 44%

Emplois - profils recherchés
40
• ICT / mathématiques / modélisation :
o Ingénieurs avec expérience en informatique, optimisation mathématique, ...
o Modélisation et contrôle des système de stockage
o Physiciens ou ingénieurs avec goût prononcé pour la modélisation
o Spécialistes du load management dans le résidentiel et le tertiaire
o Web Developers pour mettre en forme les modèles
• Business :
o Business developers
o Consultants (ingénieurs et ingénieurs commerciaux) ayant une bonne connaissance
du secteur de l’énergie et des défis à venir.
o Gestion de projets
• Technique / R&D :
o Développement hardware version 1.0 et industriel
o Doctorants et post-docs avec diplôme en génie chimique
o Electrochimie, génie chimique, génie mécanique, ...
o Techniciens en chimie, bio-ingénieurs
o Ingénieurs éléctro-mécaniciens (stockage sur barge), des ingénieurs en géotechnique,
des géologues, et des cartographes (STEP géantes à économie d'échelle)

PUBLICATION
41

43
NOUVEAU PORTAIL REWALLONIA EN 2016!

44
CHAÎNES DE VALEUR (online)
http://www.rewallonia.be/cartographies/stockage/

CHAÎNES DE VALEUR (online)
45

PROJETS
48

49
STOCKAGE
Accutherm Stockage combiné de chaud et froid pour certaines utilisations industrielles
via l’utilisation innovante des matériaux à changement de phase
BATWAL Développement de batteries lithium-ion à peindre pour le stockage local et
leur intégration dans le réseau global pour une gestion efficace de l'énergie
électrique en Wallonie
Ecoptine Sous-station électrique ferroviaire avec stockage de l'énergie (récupération
de l'énergie de freinage du train ; stockage électromagnétique ; volants
d'inertie).
Energattert (Optiobiogaz/Ecobiogaz) Gérer et stocker le biogaz pour une meilleure
flexibilité du réseau
HYB2HYB* Développer la technologie de stockage hybride batterie Li-ion/SCE
HYLIFE* Matériaux à longue durée de vie pour piles à combustible PEM hydrogène-air
Industore* Gestion optimisée des moyens de flexibilité, de stockage et de production
des sites industriels
*Energinsere

50
STOCKAGE
Interests Stockage de l’électricité via production de l’hydrogène ou via des batteries,
mobilité aux travers des véhicules électriques ou hydrogène, flexibilité…
MESB (Micro Energy Storage in Buildings) Stockage d’énergie dans le bâtiment
PHOSPHAGEL Sol-Gel/ Développement d’un matériau de cathode et électrolyte, fixation
en couche mince
SMARTWATER* Système de régulation des réseaux électriques par intégration de sites
carriers et souterrains pour le stockage énergétique par turbinage-
pompage hydroélectrique
Sotherco Système de stockage solaire thermo-chimique saisonnier, compact,
modulaire et innovant
Story Démontrer la valeur ajoutée des technologies de stockage d'énergie dans
les marchés de l'énergie actuel et futur
WallonHY Identifier le rôle du Power-to-Hydrogen, notamment pour la flexibilité des
réseaux

51
SWOT : stockage
MENACES
• Potentiel (marché) : limité si wallon.
• Modèle : manque de clarté quant au modèle de
marché (normes, législation, gouvernance, …).
• Concurrence : marché concurrentiel et
international. Production de batteries en Asie.
• Ressources : limitées pour certaines batteries
(lithium…).
• Maturité : technologies & standards
OPPORTUNITÉS
• Potentiel (marché) : marché du stockage sous-
exploité et en croissance.
• Intégration : NRJ-R & VE sur le réseau.
• Électricité : croissance de la demande en
électricité, toujours plus volatile par ailleurs, et des
pics de consommation.
• R&D : ↓ coûts de production, ↑ rendements,
↑cycle de vie, innovations… à MT/LT.
• Taxes : augmentation des taxes réseau.
FAIBLESSES
• PME : secteur wallon du stockage principalement
constitué de PMEs
• Cadre législatif : à préciser.
• Incitants financiers : régime tarifaire spécifique,
subsides aux citoyens/entreprises, …
• Cas pilotes : à multiplier (ex. : Campus Spa-
Francorchamps, projet MeryGrid, …)
Forces
• R&D : nombreuses recherches et projets
• Technologies : hydrogène (réseau Airliquide),
batteries au sodium, …
• Success stories & innovations : Colruyt, CE+T,
Powerdale, …
• Intérêt politique : réserve stratégique, blackouts,
plan Marshall 4.0…
• Markets drivers : acteurs smart & micro -grids

73 organisations identifiées:
à Contact établi avec 59
4
4
1
1
35
11
11
Association
Bureau
d'études
Certification
Formation
Industrie
R&D
Utilisateur
48
11
8
Wal. &
Brux.
Fl.
Non
connu
46
12
9
6 Actif
Intérêt
Non connu
Non
Cartographie des acteurs H2:

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Panneaux
photovoltaïques
Unité de
biométhanisation
Réseau
électrique
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Electrolyseur
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique
Eoliennes
1. Power-to-Power
H2

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Réseau
électrique
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Electrolyseur
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique
Panneaux
photovoltaïques
1. Power-to-Power

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Electrolyseur
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique
Réseau
électrique
1. Power-to-Power

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique
Electrolyseur
1. Power-to-Power

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique
Stockage
1. Power-to-Power

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique
Pile à
combustible
1. Power-to-Power

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique
Réseau
électrique
1. Power-to-Power

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Industrie
Chauffage
domestique
2. Power-to-Mobility
Mobilité

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e
H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Chauffage
domestique
3. Power-to-Industry
Industrie
Source: Mc Phy

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Stockage
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique
4. Power-to-Gas
Réseau
gazier

e
e e
e H2
H2
Unité de
biométhanisation
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Chauffage
domestique
Résumé « H2 »

CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Chauffage
domestique
Dérivés H2
5. Power-to-Gas
Industrie

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Chauffage
domestique
5. Power-to-Gas
Unité de
méthanisation

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Unité de
biométhanisation
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Stockage
Mobilité
Chauffage
domestique
5. Power-to-Gas
Réseau
gazier

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Stockage
Mobilité
Chauffage
domestique
6. Power-to-Gas +
Unité de
biométhanisation

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Stockage
Mobilité
Chauffage
domestique
6. Power-to-Gas +
Unité de
Méthanisation
Réseau
gazier

CO2
CO2
CH4Biogaz
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Pile à
combustible
Stockage
Mobilité
Chauffage
domestique
(7. Power-to-Heat&Power)
Unité de
cogénération

CO2
CO2
CH4Biogaz
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Pile à
combustible
Stockage
Mobilité
Chauffage
domestique
Réseau
électrique
(7. Power-to-Heat&Power)

CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Stockage
Chauffage
domestique
CO2
CH4
8. Power-to-Mobility
Mobilité

CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Stockage
Mobilité
Chauffage
domestique
CO2
CH4
9. Power-to-Industry
Industrie

CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Stockage
Mobilité
CO2
CH4
10. Power-to-Heat
Chauffage
domestique

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Résumé « H2 & ses dérivés »

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Eoliennes
Panneaux
photovoltaïques
Unité de
biométhanisation
Réseau
électrique
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Electrolyseur
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e
H2
H2
H2
CH4
CO2
CH3OH
…

CO2
CO2
CH4CH4
CH4 CH4e
e e
e H2
H2
H2
CH4
Eoliennes
Panneaux
photovoltaïques
Unité de
biométhanisation
Réseau
électrique
Pile à
combustible
Unité de
cogénération
Electrolyseur
Unité de
méthanisation
Stockage
Réseau
gazier
Mobilité
Industrie
Chauffage
domestique

Besoin d’aide ?
Contactez-nous !
79

TWEED Asbl
Rue Natalis 2 – 4020 Liège – Belgium
Bricout Paul
Project engineer
pbricout@clustertweed.be
Olivier Ulrici
Project engineer
oulrici@clustertweed.be
Cédric Brüll
Director
cbrull@clustertweed.be
80

Géothermie
Stockage saisonnier
Sortie officielle de la cartographie stockage
Namur - 22 mai 2017
Tanguy ROBERT
Chargé de recherches
t.robert@aquale.com
081 83 01 20

Eaux souterraines, surface,
sols/sous-sols
Géothermie (valorisation
captages, champ de sondes)
Aménagement du territoire
Permitting
Expertise exportée au Canada, Maroc et Italie
Gestion environnementale de sites industriels et carrières
Imagerie du sous-solEtude de stabilité

4
La géothermie permet de capter / stocker
l’énergie thermique dans le sous-sol
Il existe différentes géothermies

Introduction
Géothermie
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie
APPLICATIONS DE LA GÉOTHERMIE
Chauffage et climatisation pour toutes puissances

Haute énergie : T° > 120 °C
Moyenne énergie : 60 °C < T° < 120 °C
Basse énergie : 30 °C < T° < 60 °C
Très basse énergie : T° < 30 °C
RÉGIMES DE TEMPÉRATURE
Gammes des températures
Introduction
Géothermie
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie

Haute énergie : T° > 120 °C
Moyenne énergie : 60 °C < T° < 120 °C Anecdotique en Wallonie
Basse énergie : 30 °C < T° < 60 °C
Très basse énergie : T° < 30 °C
Nécessite une PAC si chauffage
Deux sources de chaleur (ou de froid) possibles :
Le sous-sol et/ou l’eau souterraine
RÉGIMES DE TEMPÉRATURE
Gammes des températures
Introduction
Géothermie
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie

ROI de 4 à 12 ans selon la géologie et les besoins;
Réduction des émissions de gaz à effet de serre;
Production de chaud, de froid et ECS avec la même technologie;
Température source stable toute l’année;
Maintenance très limitée;
Stockage de chaleur ou de froid.
AVANTAGES DE LA GÉOTHERMIE
Introduction
Géothermie
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie

Grandes puissances
PRINCIPES GÉNÉRAUX
Source = nappe
Circuit ouvert
Source = sol/roche
Circuit fermé (champ de sondes)
Petites à moyennes puissances
Introduction
Géothermie
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie

Introduction Géothermie
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie
100 m3/h ~ 600 kW géoth.
Grandes puissances : plusieurs
centaines de kW, MW.
PRINCIPES DE LA GÉOTHERMIE SUR NAPPE (Circuit ouvert)
Source = nappe
Circuit ouvert § La chaleur est prélevée dans l’eau
de la nappe souterraine;
§ L’eau pompée (puits de production)
passe par l’échangeur;
§ Elle est restituée dans la nappe via
un puits d’injection ou en eau de
surface;
§ L’eau rejetée subi un ΔT de 4 à 6°C;
§ Le système utilise un (ou plusieurs)
doublet(s) de forage.

PRINCIPES DE LA GÉOTHERMIE SUR NAPPE (Circuit ouvert)
Source = nappe
Circuit ouvert avec stockage
PhD Bonte 2013
Aquifer
Thermal
Energy
Storage
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie

sur nappe
Champ de
sondes
Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie
PRINCIPES DU CHAMP DE SONDES (Circuit fermé)
Source = sol/roche
Circuit fermé § La chaleur est prélevée dans le sol
par des sondes géothermiques
verticales utilisées comme
échangeur;
§ Un liquide caloporteur circule dans
une boucle étanche;
§ Le nombre de sondes varie de 2 à
plusieurs dizaines en fonction des
besoins thermiques;
§ Possibilité d’utiliser les fondations
des bâtiments comme sondes
verticales.
~ 35-50 W/m géoth. pour un chauffage de
2000 h/an
Moyennes puissances : quelques dizaines
à centaines de kW.

sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie
Quels sont les besoins en chaud/en froid ?
à Ils déterminent la puissance des outils de production (PAC, appoint, …),
ses heures de fonctionnement, les COP.
Inscrire la réflexion « géothermie » dès le début du projet :
à peut constituer un critère de choix pour l’emplacementdu site (si bâtiment
neuf)
à permet de travailler avec un agenda précis concernant:
§ Les délais de permis pour la caractérisation du sous-sol;
§ L’exploitation géothermique.
Proscrire tout surdimensionnementde la PAC :
à Dimensionnée à 50%, elle peut couvrir au moins 85 % des besoins et est
complétée avec un appoint.

sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie
§ Etude de pertinence
• Vérification de l’opportunité du projet de géothermie, étude
d’orientation du projet.
à étude bibliographique, cartes (hydro)géologiques, confrontation des besoins aux
ressources locales, détermination d’un design sur nappe ou sondes.
§ Etude de pré-faisabilité
• Pré-dimensionnementdes ouvrages,
• Approche préliminaire technico-économique,
• Forages de prospection,
• Mesures in-situ de prospection
§ Etude de faisabilité
• Mise en route des permis,
• Caractérisation du sous-sol,
• Validation des capacités de la ressource,
• Dimensionnementdes ouvrages / équipements,
• Plan financier.

Potentiel
et adéquation du
système ?
Conception
Installation
Monitoring
Maintenance
Champ de
sondes
Pompage sur
aquifère
Définition des
besoins
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie

sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie
§ Centre de production d’eau:
6 forages de 200 m avec débit de 5 Mm3/an
Etude hydrogéologique complexe
• Design des puits de captage par modélisation
hydrogéologique dans un contexte très sensible
d’exploitation de la nappe
• Valorisation du pompage pour le
chauffage d’un écoquartier voisin

sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie
§ Refroidissement de data-centers par hydrothermie
(avec réinjection)
Essais pilotes
• Forages et caractérisation géologique
• EIE (RIP, etc.)
• Modélisation du transport de chaleur
• 500 kW
Quartier général de SWIFT, La Hulpe (Belgique)

sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie
§ Nouveau Pôle Culturel de la Province de Liège
Etude faisabilité chauffage et climatisation par géothermie sur nappe
• Caractérisation du sous-sol
par géophysique
• Dimensionnement du design
par modélisation 3D

§ Nouveau Centre de Formation de la Province de Liège
à Seraing
Design d’un champ de sondes pour le chauffage et la climatisation - par
géothermie sur nappe
• Environnement avec présence d’anciennes galeries de mines
• Test de Réponse Thermique
• Suivi des forages et équipement de sondes
sur nappe
Champ de
sondes Réflexions
Etapes d’un
projet de
géothermie
Projets en
Wallonie

20
R&D : stockage court-terme pour des
applications DSM

21
Stockage de chaleur en aquifère et
flexibilité de la demande électrique :
quelles possibilités?
Durée
cumulée du
pompage (h)
Volume
récupéré (%)
Energie
récupérée (%)
Températu
re (°C)
0 0 0 21
1,75 100 35 17
4,5 250 70 14

ETAT DE L'ART DE LA FILIÈRE "POWER TO GAS"
22 mai 2017

ENGIE COFELY
Au cœur de la transition énergétique

LE PROFIL D’ENGIE*
153 090
collaborateurs
dans le monde entier
Des activités dans
70 pays
16 milliards d’€
d’investissements de croissance
sur la période 2016-2018 dont
1 milliard dans l’innovation et
le digital
3
* Chiffres au 31 décembre 2016
Chiffre d’affaires
66,6 milliards d’€
EBITDA
10,7 milliards d’€
22/05/2017

NOS SERVICES
22/05/2017 4
TECHNICAL
SERVICES
Electricité HT/BT
Génie climatique
Ascenseurs
Telecom
Détection incendie
Traitement des eaux
ENERGY SERVICES
& RENEWABLE ENERGY
Audit énergétique
Contrats de performance énergétique
Smart Metering
Mobilité verte
Automatisation (GTC)
Cogénération
Biométhanisation
SOFT
SERVICES
Nettoyage
Gestion des déchets
Sécurité
Espaces verts
Move & Space Management
Catering
Handyman

100
25.000 m² 2 000
23
35 000
heures de
formation
par an
40 millions
de bagages triés par an
via le système BagStage
Chiffre d’affaires ENGIE
Cofely
400 000,-k€
Filiales incluses
2 800
100
piscines gérées
5 500
échantillons d’eau
analysés chaque année
dans les piscines
Taux de fréquence sécurité
4,64
Recrutement
179
ENGIE COFELY
EN QUELQUES CHIFFRES
22/05/2017 5
52 000
tonnes
d’émissions de
CO2 évitées grâce à
la cogénération et à
l’utilisation d’énergie
durable
Chiffres 2015

Power to Gas (P2G) : répondre à un besoin
22.05.17 7

Power to Gas : à la base, un outil de stockage
22.05.17 8

La situation en Allemagne
Source: DENA, Strategy platform PtG

15 projets soumis: 11 projets labélisés + 3 poursuivis hors
labélisation
10
Awards
ENGIE Partner
ENGIE Coordinator
• Gas Value Chain
• Cofely
• CRIGEN
• Tractebel
• GEM
• Storengy
• CNR
• GN Vert
• Futures Energies
• AIFA
Task Force : 10 entités
Coord. KP H2

Deux projets de démonstrateurs en cours
11
GRHYD:
Production of H2 to
blend it with methane
and test it in urban
applications (homes,
buildings and mobility)
JUPITER 1000:
Production of H2 for
injection in the gas
network
and production of
methane reusing CO2
emissions
2014-2018
Project leader: ENGIE (DRT)
Location: DUNKIRK (France)
Budget: 15 M€
Project funded by AMI
(ADEME/IA): 4,5 M€
2016-2020
Project leader: GRTgaz
Location: FOS (France)
Budget: 30 M€
Subsidies from ADEME
(AMI/IA) and FEDER

Focus Jupiter 1000
« Jupiter 1000 » est par ailleurs le premier projet qui valorise
du CO2 issu de fumées industrielles en France, en intégrant
une unité de captage de CO2 sur les cheminées d’un industriel
local, Asco Industries

Power to Gas (P2G) : quelques ordres de grandeur
22.05.17 13

P2G par Methanation thermochimique
Le procédé de méthanation
thermochimique qui consiste à
produire du méthane de synthèse à
partir de la
réaction entre l’hydrogène et le CO
et/ou le CO2 est un procédé
catalytique qui est connu et appliqué
à l’échelle
industrielle depuis plus de 30 ans
14
Source : Audi AG

P2G par Methanation biologique
Les technologies de méthanation
vise à convertir en méthane le CO2
et l’hydrogène par l’action des
microorganismes de type archea.
Cette technologie présente un
fort potentiel de flexibilité.
Le réacteur biologique opère à 70°C
et à pressions inférieures à 10 bars
15
Source : Viessman AG

Bientôt du Power-to-gas en
Wallonie ?

Les principes du P2G biométhane
04/02/15 Pré ComCom: Projet GazWal 17
Biogaz
Epuration
Biométhane
WelkenraedtMouscron
Réseaux de gaz naturel
Le biométhane, c’est plus de potentiel et de souplesse !
Biométhanisation
Biomasse
CH4
CH4+ CO2
CO2 Methanation
H2
CH4
Electricité (ENR)

La base : site de production de Biométhane (Leuze-en-Hainaut)
22.05.17 18

Eoliennes
19
La synergie éoliennes et biogaz

Les grands principes du projet
22.05.17 20
Fertilisant
Biomasse
Site de production
CH4
C02
Réseau gaz naturel
Elec
Chaleur
Site(s) de valorisation
Biogaz
Electricité
verte
H2
H2O CH4
H2
O2
C02
Futur : P2G
H2

22/05/2017 21
Contact
Michael Guerlus
ENGIE Cofely
Business Development Manager
Boulevard du Roi Albert II 30 - WTC 1,
boîte 28 - 1000 Brussels
mob. +32 476 40 96 28
E-mail. michael.guerlus@engie.com

Technology, innovation, impact
Cluster Tweed
22/05/2017

Our main markets
Oil & GasTelecom Rail
Power Utilities Datacom

Facts & figures
200+ employees
€ 40 million (+/- US$ 44 million)
4 factories (Belgium, China, India and USA)
4 R&D facilities :
n Belgium, Luxembourg, China and India
n 10% of the turnover is reinvested yearly

Trends
Intelligents IoT Fiables
Multisources Robustes

SIERRA 3kVA modular
Power Routing solution

§ AC in feeds both AC loads and DC loads + battery
From the AC source

From DC source
§ DC in feeds both AC loads and/or AC grid injection

From AC loads
§ AC load feeds both DC loads and /or AC grid injection

Disturbances rejection & unity PF
Power
Failure
UndervoltageFrequency
Variation
Switching
Transient
Harmonic
Distortion

No single point of failure
True redundant
Autonomous
Hot swappable

High efficiency
AC Source
DC Source
AC LOAD
96%

High efficiency
AC Source
DC Source
AC LOAD
94%

3P infrastructure backup
AC in
Limited to 2kW/P
AC out
2kW
Battery
discharging
AC in
Limited to 2kW/P
AC out
2kW
AC out
2kW
P1
P2
P3
Power outage
on a AC IN

Charging
AC output
A : 2,4 kW
B : 1,35 kW
C : 0,3 kW
DC Source
A : 0,3 kW
B : 1,35 kW
C : 2,4 kW
AC Source
2,7 kW
AC ó AC : 96%
DC ó AC : 94%
A dynamic double conversion from a 2,7 kW power on the AC source

Test
AC output
A : 2,0 kW
B : 2,5 kW
C : 1,5 kW
DC
A: 2,0 kW
B: 2,0 kW
C: 2,0 kW
AC Source
A : 0,0 kW
B : 0,5 kW
C : - 0,5 kW
Ability to discharge at constant power with a =, < or > AC loads.

Peak shaving
AC output
A : 2,0 kW
B : 2,5 kW
DC
A: 0,0 kW
B: 0,5 kW
AC Source
A : 2,0 kW
B : 2,0 kW
Limiting the AC source whatever the AC loads need

3P balancing
Balanced
AC in
Unbalanced
AC out (2kW)
Power to P1
through DC bus
Balanced
AC in
From P1 to the AC load
Balanced
AC in
Unbalanced
AC out (1,33kW)
Unbalanced
AC out (0,66kW)
P1
P2
P3

*Certification pending
Battery discharging
AC out
Grid injection
Grid injection*
Use the battery to inject power to your micro-grid or to the grid
(when authorized)

Energy recovery
AC output
A : 2,4 kW
B : 2,4 kW
C : 2,4 kW
AC Source
A : 2,4 kW
B : 1,2 kW
C : 0,0 kW
“Output” reactive energy recovery (regenerative braking, …)
Energy stored in the battery or injected into the grid
DC
A : 0,0 kW
B : 1,2 kW
C : 2,4 kW

Olivier Bomboir
o.bomboir@cet-power.com
www.cet-power.com

22/05/2017 – Cluster TWEED
Hyb2Hyb
Patrick Hendrick – patrick.hendrick@ulb.ac.be
Sorin Melinte – sorin.melinte@uclouvain.be

Batteries and BES [Battery Energy Storage]
Connection to
RES [renewable energy sources]

Li-ion Batteries for Stationary Energy Storage

Li-ion batteries: SAFT
Supercapacitors: Maxwell
Software : http://viridityenergy.com

HYB2HYB. Concept
LiFePO4PTMA
5C
Sci. Rep. 4 (2014), 4315

« HYB2HYB » Amélioration des caractéristiques
de stockage des batteries Li-ion / supercondensateurs
électrochimiques hybrides et des performances
vis-à-vis des systèmes d’énergie photovoltaïque hybrides
Boosting the Hybrid Supercapacitor / Li-ion
Battery Technology for stationary energy
storage

#1 Challenge:
Increase the voltage of the electrochemical storage unit above 4 V
#2 Challenge:
Understanding the similarities and differences between different chemistries
#3 Challenge:
Grid-scale design
Principal Objective: Smart Materials and Novel
Technologies for Hybrid LIBs-Supercapacitors

Need for Grid Integration
www.epri.com

Integration in pouch cells,
Hardware and Software
Industrial Scale Compatibility
Wow Technology, ABB, Be-Sol
Battery Management System [BMS] Innovation
Hardware-in-the-loop [NI]
www.ni.com
Off-the-shelf BMS

P1. Amélioration de l’hybridization des batteries Li-ion et SCEs: Procédés
à base de matériaux semi-conducteurs et de nanostructures de carbone
Matériaux : Modélisation et synthèse
Architectures et valeur ajoutée de la solution
Performances et vieillissement
HYB2HYB – Phase 1
HYB2HYB. Structure du Projet

P2. Adaptation de l’hybridization des batteries Li-ion et SCEs vis-à-vis des
systèmes hybrides d’énergie photovoltaïque : Procédés à base de
matériaux semi-conducteurs et de nanostructures de carbone
Matériaux : modélisation et synthèse
Architectures et valeur ajoutée de la solution
Performances et vieillissement
HYB2HYB – Phase 2
HYB2HYB. Structure du Projet

Numéro de la tâche Intitulé
T1 Amélioration des cathodes et des collecteurs de courant associés
T2 Architectures et électrolytes avancés
T3 Anodes et collecteurs de courant associés
T4 Fabrication et dimensionnement des batteries Li-ion/SCEs hybrides
T5 Intégration des batteries Li-ion/SCEs hybrides
T6 Coordination scientifique
HYB2HYB. Description des Tâches
V
+
-
Li+ e-
Charge
Décharge
T1
T4
T3
T2
T5

Numéro de la tâche ICTM IMCN SMPC SCMN ULB-ATM
T1 X X
T2 X X X X X
T3 X X X
T4 X X X X
T5 X X X X
T6 X X X X X
HYB2HYB - Contributions des Partenaires
Fin le 31 août 2017

Valorization model
Source to grid
Energy source LoadGrid
PTMASource to storage
Grid to load
Storage to load
Source to load
Charge losses Discharge
losses
Self-discharge
losses
LFP
Grid to storage Storage to grid
Hybrid battery
P. Hendrick & G. Silva
Cluster Tweed meeting
22/05/2017 17

Home self-sufficiency (PV + Li-ion)
Optimization Results
*Source: G. Silva & P. Hendrick. Photovoltaic self-sufficiency
in households using lithium-ion batteries, and its impact on
the grid. Applied Energy (2017) [under review].
Parameter Value
Annual real interest rate 5%
PV capital cost 2164 P 0.81
€
PV lifetime 30 years
Battery installation 2000€
Battery capital cost 600€/kWhuseful
Inverter/charger cost 500€/kW
Battery lifetime 5000 cycles/ 20 years
Battery power capacity 0.5 kW/kWhuseful
Battery round-trip efficiency 90%
Battery self-discharge 3%/month
Grid connection cost 70€/ year
Grid to load elec. price 0.18€/kWh
PV to grid elec. price 0.03€/kWh
Cluster Tweed meeting
22/05/2017
18

22/05/2017 – Cluster Tweed meeting
Hyb2Hyb
Patrick Hendrick – patrick.hendrick@ulb.ac.be
THANK YOU

Parc Initialis
Rue Pierre et Marie Curie, 2
B-7000 Mons (Belgium)
Eurometropolitan e-Campus
Rue du Progrès, 13
B-7503 Tournai – Froyennes (Belgium)
T.: +32 65 34 27 32 www.multitel.be commercial@multitel.be
SmartWater
Cluster TWEED
Beez
22 May 2017

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
SmartWater: project consortium
SmartWater
Geological models
UMONS, ULG, ISSEP
Hydraulics, EM models
ULB, UCL, Cofely-
Fabricom
Economical models
ULB, Multitel, UMONS,
Laborelec, Electrabel
Legal/Env. Framework
Ecorem, IDETA
12 Partners, 7 Industrial Sponsors
Heidelberg Group, Carmeuse, ELIA, ORES, IDEA,
IDELUX, Ensival-Moret
Decision support tool
Multitel

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Why PHES ? (1)
Lifetime energy cost ratio : 210
PHES still a leader in sustainability!
SBC energy institute for IEA, sept 2013

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Why PHES ? (2)
Big cost-saving opportunities in civil work (58%) and power grid modifications!
Mid-sized PHES units (<25MW), a solution for mines?

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Mining activity in Wallonia (1)
Open-pit mines: more than 1500 sites, 160 still
in exploitation

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Mining activity in Wallonia (2)
Underground mines
104 coal mines
104 metal mines
38 slate mines, and few others...

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Site examples (1)
Limestone quarry
lSite : Maizeret
lHigh hydraulic conductivity
lLower reservoir: 175mx175m
lWater volume : Max 300000 m³
lHead : 100m
Chalk quarry
lSite : Obourg
lHigh hydraulic conductivity
lLower reservoir: 25ha
lHead : 40m

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Site examples (2)
Porphyry quarry
lSite : Lessines
lLow hydraulic conductivity
lLower reservoir: 10 ha
lHead : 120m
Slate quarry
lSite : Martelange
lHead : 150m (mine) + 100m (nearby hill)

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
•List candidate sites for a conversion into small-sized (<25MW) PHES units (mostly) to
average-sized (~100MW).
•Identify key factors for the success of conversions of sites into PHES units.
•Design methodologies needed to identify geological risks.
•Identification of legal and environnemental hurdles, proposals to modify the existing
framework.
•Development of models and tools (hydrogeology, geology, hydraulics, mechanics,
economics) supporting a decision making software.
Objectives

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
lIs the topology of such sites suitable for PHES units ? Can the advantages
(existing reservoirs, short distance between reservoir, good access to the road
network and the power grid,...) balance the disavantages (low head, aquifer-
mine interactions,...) ?
lHow the storage unit should be operated to a achieve the economical
sustainability?
lWhich voltage level ? What services (arbitrage, power reserve, other anciliary
services)?
lWhat is the optimal electro-mechanical configuration?
lHow the specifities of such systems (varying head, aquifer-reservoir
interactions,...) can be taken into account ? What is their economical impact ?
Open Issues ?

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Workpackages

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Micro-PHES in Froyennes

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Turbomachinery at variable load
Regulation at variable rotation speed
Regulation with constructional or set modiﬁcations
"Small and Mid-Size Pump-Turbines with Variable Speed,”
[From T. Ueda et al., “Deriaz type pump-turbine for
Kuromatagawa”, Fuji Electric review ][From J. Krenn et al., "Small and Mid-Size Pump-Turbines with Variable
Speed," Energy and Power Engineering, Vol. 5 No. 2A, 2013, pp. 48-54.]

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
A14

Parc Initialis
Rue du Progrès, 13
Thank you for your attention !

HYLIFE
Matériaux à longue durée de vie pour piles à combustible
PEM hydrogène-air
François Reniers
Cartographie Stockage – Namur – 22/05/2017

Stockage électrochimique de l’énergie électrique
Electricité
Contexte

Contexte
Piles à combustible PEM
1 cellule : 1.23 V – 90 mA.cm-2
Monocellule PEMFC
Source : Wikipedia
+
+ eHH Oxydation
222
OHeOH
Réduction
222
1
22 +++
Source : Wikipedia
+
+ eHH Oxydation
222
OHeOH
Réduction
222
1
22 +++
Source : CEA
Stack PEMFC

Contexte
Piles à combustible PEM – applications stationnaires
Projet Ene-Farm (Japon)
Installation d’une
pile Ballard sur le
site de Toyota

Contexte
Piles à combustible PEM – composants essentiels
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
20 - 30 nm
membrane
couchedediffusion
couche
catalytique
20 - 30 nm20 - 30 nm
membrane
couchedediffusion
couche
catalytique
- Couche catalytique
- Membrane
à Assemblages Membrane-Electrodes
(AMEs)
à Difficultés: - triple interface
Pt/carbone/électrolyte
- durabilité
Catalyseur Pt/carbone
25 - 60 wt. %
20-30 µm

Contexte
Piles à combustible PEM – composants essentiels
- Plaques bipolaires en graphite usiné
à collecteur de courant
à distributeur de gaz
à Difficultés: - coût
- poids/encombrement

Contexte
Freins au développement industriel
• Coût : marchés de niche à marché de volume
– Actuellement : 2000 – 4000 €/kW
àobjectif 2020: automobile 50 -100 €/kW
stationnaire (installé avec
périphériques) : 1000 €/kW
– 1/3 plaques – 1/3 catalyseur – 1/3 membranes
Durée de vie
- Actuellement : automobile : 2000 – 2500 h à objectif :
5000 h
stationnaire : 10000 h à objectif min.
20000 h
• Infrastructure
– Fabrication/distribution d’hydrogène
Sources: DOE – FCH-JU

Contexte
Marché en croissance

Projet précédent : INNOPEM (déc. 2011 – nov. 2013)
AME
Plaques bipolaires
Catalyseur:
- supports carbone
nanostructurés
- dépôt de métal par
imprégnation contrôlée
ou plasma
- optimisation de la quantité de platine
àDiminution du coût
Solutions: nouveaux matériaux
Membrane:
- fabrication par plasma haute pression
à Diminution du coût
Remplacement du graphite usiné
par de l’inox coaté
à Industrialisation du procédé
à Diminution du coût

HYLIFE : objectifs
Nouveaux matériaux à longue durée de vie
- Poursuivre les travaux d’INNOPEM
- catalyseurs
- membranes
- plaques bipolaires/revêtements polymère conducteur
- Accent particulier sur la durée de vie des matériaux

AME
Plaques bipolaires
Catalyseur:
- supports carbone nanostructurés graphitisés
- dépôt de métal par imprégnation ou plasma
- Pt/C ou PtCo/C
Nouveaux matériaux à longue durée de vie
Membrane:
- fabrication par plasma à pression atmosphériq
Remplacement du graphite
usiné
par de l’inox coaté
à coatings polymère
conducteur
HYLIFE : objectifs

Moyens
Catalyseurs
- Supports à surface graphitisée
à xérogels post-traités
àOMCs
à nanotubes
- Alliages PtM/C
à essentiellement PtxCoy/C
- Nanoparticules « cœur-coquille »
- Particules creuses

Moyens
Membranes à synthèse par procédé plasma
- Poursuite de travaux précédents
à amélioration de l’homogénéité spatiale
à amélioration de la reproductibilité
à générateur pulsé pour un meilleur contrôle de la polymérisation
- Durabilité mécanique
à utilisation de trames
à ajout d’agents réticulants (e.g. divinylbenzène)
à source UV
- Industrialisation du procédé

Moyens
Plaques bipolaires
- Standard CrxNy/316L (Arceo) par voie PVD
à base de comparaison
à amélioration envisagée par voie multicouche
- Revêtements polymère conducteur
à electropolymérisation
à dopage par nanoparticules conductrices ou nanotubes
à revêtement déformable

Consortium - complémentarité
AME
Plaques bipolaires
Catalyseur:
- supports carbone nanostructurés ULg
- dépôt de métal par imprégnation ULg/LEPMI
- dépôt de métal par plasma ULB/LISEMembrane:
- fabrication par plasma haute
pression ULB
Plaques bipolaires
inox coaté MN
Participants
Validation: ULg/MN/LEPMI
Caractérisation des interfaces: LISE

Résultats
Catalyseurs – synthèse en phase liquide
100 nm
50 nm
Catalyseurs Pt/carbone nanostructuré
- synthèse par imprégnation optimisée
- Excellente dispersion
- Taille de particules idéale
- Excellente activité en pile
Mais
- Durabilité ??

Résultats
Catalyseurs – synthèse en phase liquide
Catalyseurs PtCo/carbone nanostructuré
- synthèse par imprégnation optimisée
- Structure particulière des particules
- à particules creuses
- à coque en alliage PtCo
- Activité en pile = 2x activité Pt
Et
- Durabilité significativement améliorée

Résultats
Catalyseurs – synthèse par plasma basse pression
Pt
Pt
acetylacetonate
SupportC
support
1 2 3
PARAMETRES
Puissance RF, durée du traitement,
Chimie Plasma (Ar,O2, N2 etc.)
Précurseurs organometalliques
(nanoparticules)

Résultats
Etudes plus fondamentales
1. Décomposition du précurseur OM
2. Fonctionalisation du supportcarboné
3. Contrôle de la taille des particules et de leur état chimique
4. Ancrage par liaison C-O-Métal
[3- 5] nmExcellente dispersion, taille de particules, activité

Résultats
Catalyseurs bimétalliques Pt-Ni/C
STEM (HAADF) - EDX

Résultats
Support carboné
ENCR
E
SPRA
Y
Paramètre
s de
préparatio
n
Paramètre
s plasma
üSimplicit
é
üAdaptabi
lité
üContrôla
bilité
Entrée gaz plasma
Electrode
de masse
Zone plasma
Echantillo
n
Electrode
alimentée
Porte
échantillon Torche plasma
RF
Couches catalytiques par plasma à pression atmosphérique

Résultats
Couches catalytiques par plasma à pression atmosphérique
50 nm 50 nm 100 nm
ü Taille moyenne ≈ 3 nm
ü Agrégationlimitée
ü Forme métallique
Energie de liaison / eV
Surface électrochimiquement active
(ECSA)
Courbes de Tafel (à activité
catalytique)
Ratio entre l’activité
catalytique et ECSA
àPerformances en pile
comparables (variationduesà
l’incorporationde l’ionomère)
OM/C= ½, charge = 50 mg/20 mL,Nb= 10-100
x, DAr = 10 L/min, P = 60 W, d= 3 mm,t = 300 s

Résultats
Membranes par plasma à pression atmosphérique
Distributeur de gaz
Entrée
1
Entrée
2
Entrée
3
Entrée
4
Générateu
r
Pression
atmosphérique
Electrodes de cuivre
recouvertes par du
verre (diélectrique)
Plaque
mobile
Styrène (STY)
Précurseur de
la matrice
polymérique
Acide « triflique »
(TFMSA)
Précurseur pour
groupements
échangeurs de
protons

Résultats
Membranes par plasma à pression atmosphérique
Chaînes carbonées
alliphatiques
Groupements carbonés
aromatiques
Groupements oxygénés
Groupes CFX, SO3
-
et SO3H
Nombre d’onde / cm-1
Intensité
Intensitérelative
Intensité
relative
Intensité
relative
Aromaticité
préservée
Peu de
groupements
fragmentés
100 µm
Morphologie de surface :
Films dense (pas de craquelure)
Porosité (décharge Ar filamentaire)
Epaisseur :
> 50 microns
Ar-Sty-TFMSA= 7,0-1 ,0-2,0 ; P= 40 W ; v = 50 mm/s
; t = 40-80 min ; ν = 17,1 kHz; substrat = Si /Al

Resultats
Plaques bipolaires
- Plaques d’acier de type 316L revêtues par un film de
polypyrrole
à électropolymérisation = polymérisation amorcée à
l’électrode d’un monomère en solution.
Résistance de contact trop élevée - cahier des charges < 10 mW.cm2
à 150 N/cm2
Mise au point d’une
formulation de bain en
solution aqueuse :
H2C2O4 0,1 M + Pyrrole 0,1M
+ salicylate de sodium
0,05M + 125 mL isopropanol
+ eau démi (pH = 1,5)
Electropolymérisationen mode pulse

Résultats
Plaques bipolaires
- Plaques d’acier de type 316L revêtues par un film de
polypyrrole
à electropolymérisation
H2C2O4 0,1 M + Pyrrole 0,1M + salicylate de sodium 0,05M +
125 mL isopropanol + eau démi (pH = 1,5)
Ajouter agents dopants
SDS
dodecylsulfate
de sodium
Amélioration des propriétés conductrices des revêtements
o le SDS améliore les propriétés de
conductivité et joue également le
rôle d’inhibiteur de la réaction de
l’oxygène à la surface de l’acier

Conclusion
AME
Plaques bipolaires
Catalyseur:
- haute durée de vie
- performances au moins équivalentes
aux catalyseurs actuels
Délivrable final
Membrane:
- fabrication par plasma haute pression
- performances au moins équivalentes
aux membranes actuelles
Plaques bipolaires
- inox coaté
Prototype pile PEM monocellule
- performances au moins égales à celles des piles
actuelles
- vitesse de dégradation significativementmoindre

Financement

22/05/2017
Le projet SOTHERCO:
Solar Thermochemical
Compact Storage System
Marc Frère et al.
Journée du cluster TWEED de présentation de
la cartographie Stockage en RW

Université de Mons
§ Informations générales.
§ Enjeux du projet
§ Principe et cahier des charges
§ Programme de travail et stratégie
§ Résultats
§ Conclusions et perspectives
Plan général de l’exposé
2Journée Cluster TWEED – présentation de la cartographie Stockage en RW

Université de Mons
Informations générales
Bureaux d'Études Solaires (Belgium)
Coordination, conception, fabrication et test des prototypes
UMONS University of Mons (Belgium)
Synthèse des matériaux réactifs, test des prototypes de labo, modélisation
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (France)
Synthèse et caractérisation des matériaux réactifs
Objectif général: développer, installer et évaluer un système compact et
modulaire de stockage inter-saisonnier de chaleur d’origine solaire pour le
chauffage de bâtiments.
Financement: EU’s 7th Framework Program for research, technological
development and demonstration - 1/2013 à 9/2017.
Institut National de l'Énergie Solaire (France)
Test du système complet en environnement simulé
Journée Cluster TWEED – présentation de la cartographie Stockage en RW

Université de Mons
Informations générales
Austrian Institute of Technology (Austria)
Simulation système-bâtiment
Free University of Brussels – 4MAT(Belgium)
Caractérisation structurale des matériaux réactifs, ACV
University of Liège - BEMS (Belgium)
Test du système complet en environnement proche de la réalité
Simulation système-bâtiment
CLIPSOL of Groupe ENGIE (France)
Support technique, marché

Université de MonsUniversité de Mons
Enjeux
• Stockage inter-saisonnier
• Densité énergétique élevée
• Faibles pertes thermiques
• Variabilitédes conditionsde fonctionnement
• Thermochimie vs stockage par chaleur
sensible
• 800 kWh/m3 vs 30 kWh/m3
• Pertes faibles vs pertes élevées

Université de MonsUniversité de Mons 6
Principe et cahier des charges
Eté: sel hydraté + chaleur sel déshydraté + vapeur d’eau
Hiver: sel hydraté + chaleur sel déshydraté + vapeur d’eau
2500-3000 kWh/an< 100 °C
20 m2
30 °C
100- 200 kWh/m3

Université de Mons
Le Programme de travail
7
Réactions
Prototype Labo
Prototype Taille réelle
Système complet
Tests
Deliverables
TRL: 3-4
TRL: 6
Prototype de système complet fonctionnant dans des conditions proches de celle de
l’application (tests pendant quelques semaines) + étude du comportement par simulation
du système développé dans différents types de bâtiments et sous divers climats.

Université de Mons
La stratégie
8
• Plusieurs acteurs pour chaque tâche (diversité
des approches)
• Spécialistes dans les domaines des matériaux réactifs
(synthèse, caractérisation microstructurale, caractérisation
macroscopique)
• Spécialistes dans le domainedes procédés chimiques
• Spécialistes HVAC
• Spécialistes en construction mécanique
• Acteurs « pont »
• Processus itératif du matériau réactif au système
complet de taille réelle

Université de Mons 9
Les réactions
• Bibliothèque de réactions potentiellement
intéressantes.
§ Evaluation des capacités de stockage
(bibliographie, mesures, simulations)
§ SrBr2, CaCl2, MgCl2
§ Problèmes de stabilité des sels: encapsulation
(SG – CaCl2)
§ Solides poreux innovants (MOF)

SG+CaCl2 SG+MgCl2
SG+SrBr2 MIL-160(Al)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Masse adsorbée (g H2O/g composite anhydre)
Pression (Pa)
30°C sim 40°C sim 50°C sim 60°C sim 70°C sim 80°C sim
30°c exp 40°C exp 50°C exp 60°C exp 70°C exp 80°C exp
Dm=0,4g/g
200 kWh/m3
Les réactions

Prototypes de réacteurs
Lit fixe Réacteur à lit mobile Réacteur vibrant
Concept
• Le réacteur produit la puissance thermique nécessaire mais ne stocke pas
le solide
• L’air humide est utilisé comme gaz porteur et caloporteur

Université de Mons
0
20
40
60
80
100
120
140
00:00:00 00:28:48 00:57:36 01:26:24 01:55:12 02:24:00 02:52:48 03:21:36 03:50:24 04:19:12
Power (W)
Time (h)
Air heat power
1 - SiO2-CaCl2 152l/min 50% 17C 2 - SiO2-CaCl2 152l/min 50% 20C 3 - SiO2-CaCl2 152l/min 70% 20C
4 - SiO2-CaCl2 215l/min 50% 17C 5 - SiO2-CaCl2 215l/min 50% 20C 6 - SiO2-CaCl2 215l/min 70% 20C
Prototypes de réacteurs (échelle labo)
Mesures sur les prototypes de laboratoire
• Comportement cinétique du couple solide réactionnel-réacteur.
• Modèle simple pour up-scaling rapide, modèle détaillé pour optimisation
ultérieure.

Université de Mons 13Essort des énergies renouvelables : quelles solutions pour consommer intelligemment ?
Prototypes de réacteurs (taille réelle)

Système complet 1 (mode chauffage)
Simulation, bâtiment passif
Energie thermique délivrée (kWh) 1 684
Nombres d’heure de
fonctionnement (h)
2478 h
Densité énergétique (kWh/m3) 190

Système complet 2 (mode chauffage)

Travaux futurs et conclusions
§ Différents matériaux réactifs synthétisés dont les
performances sont en adéquation avec l’application
§ Différentes technologies de réacteur
§ Méthodologie d’upscaling, modèles pour la simulation du
comportement du réacteur et du système complet
§ Faisabilité du concept en taille réelle et en environnement de
test proche de la réalité (tests de quelques semaines +
simulation sur une année complète)
§ Optimisation
§ Démonstration
§ Industrialisation
§ Autres applications

Merci pour votre attention !
Contact:
marc.frere@umons.ac.be
http://www.sotherco.eu/
Journée Cluster TWEED – présentation de la cartographie Stockage en RW,

Sortie officielle de la cartographie stockage - 22 mai 2017

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