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

Cluster Technology of
Wallonia Energy, Environment
and sustainable Development
01 décembre 2016
@ Moulins de Beez
L'HYDROGÈNE
DANS TOUS
SES ÉTATS

CONFÉRENCES
• La place de l'hydrogène dans la transition énergétique. Edouard VAN
HEULE, co-fondateur d'H2Net
Production d'hydrogène énergie et production d'électricité
• Hydrogène renouvelable : le lien manquant entre l'électricité, le gaz,
l'industrie et la mobilité. Denis THOMAS, EU Regulatory Affairs & BD
Manager, Renewable Hydrogen, Hydrogenics
• Une solution liquide à base d'hydrogène pour faciliter sa
démocratisation et simplifier son utilisation et son transport. Pierre-
Emmanuel CASANOVA, CEO d'HySiLabs, France
• Les piles à combustible et leurs applications ; perspectives d'avenir.
Nathalie JOB, professeur associé, Department of Applied Chemistry, Ulg
(suite slide suivant)

Quelques applications que permet l'hydrogène énergie
• Utilisation de l'hydrogène pour le stockage de l'énergie ; une solution
qui a sa place notamment dans les réseaux électriques. Patrick
HENDRICK, professeur, Service Aéro-Thermo-Mécanique, ULB
• Une offre complète pour l'utilisation de l'H2, notamment pour le
stockage et la production d'électricité dans les endroits sans réseau.
Léopold DEMIDDELEER, Administrateur de McPhy S.A., France
• La Solenco PowerBox, ou l'intégration optimale des énergies
renouvelables en résidentiel. Julien NYST, General Manager, Giacomini SA
• L'H2, vecteur d'énergie pour les chariots élévateurs. Jonas CAUTAERTS,
Energy Environment & Special Applications, Colruyt Group
• L'H2 et la cogénération. Laurent VERCRUYSE, Technical Director,
Viessmann Belgium
Comment les producteurs d'électricité considèrent-ils l'hydrogène énergie ?
• L'hydrogène pour les producteurs/distributeurs de gaz et d'électricité
en Belgique. Daniel MARENNE, Key Account Manager, Engie-Laborelec
(suite slide suivant)

4
Objectifs poursuivis par les acteurs de la filière
• Le projet WallonHY, une prise de conscience wallonne pour un projet
pilote. Didier VANDERMEERSCH, Co-fondateur d'H2Net
• La production verte d'H2 en WallonHY à (plus ou moins) grande
échelle. Joris PROOST, Professeur, Division of Materials and Process
Engineering, UCL
• Vision d'Air Liquide sur l'application H2 mobilité. Christian
NACHTERGAELE ; Director Public Affairs d'Air Liquide Benelux Industries
• Power to Gas, la Feuille de Route de la Région Flamande. Isabel
FRANCOIS, Project manager, Waterstofnet vzw
• Vers une feuille de route pour les futurs producteurs et utilisateurs
d'H2 en WallonHY. Olivier ULRICI, Ingénieur Projet, Cluster TWEED

Wallonia Energy, Environment
and sustainable Development
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
www.clustertweed.be

La place de l’hydrogène dans la transition énergétique
Edouard Van Heule
Moulins de Beez, 1er décembre 2016

La transition énergétique?
• C’est le passage du système énergétique actuel, basé sur des
ressources non renouvelables, vers un bouquet énergétique utilisant
principalement des ressources renouvelables
• Elle est nécessaire car elle répond à deux défis majeurs au niveau
planétaire :
o Le changement climatique
o La raréfaction inévitable des ressources non renouvelables
(Gestionnaire du Réseau de Gaz-France: www.grdf.fr/documents)
2Moulins de Beez, 1er décembre 2016

La transition énergétique est-elle en marche?
• Le WWF nous montre en 15 indicateurs que la transition vers les
énergies propres et durables est bien en marche:
o 90%de la capacité électrique construite dans le monde en 2015 était d’origine
renouvelable
o Les panneaux solaires battent des records de baisse des coûts
o On investit dans le monde deux fois plus dans les renouvelables que dans le
charbon et le gaz
o Certains jours, l’Allemagne est quasiment auto-suffisante en renouvelables
o Etc.
• Le rapport complet incluant analyses et conclusions peut être téléchargé
sur http://www.wwf.fr/vous_informer/rapports

1. C’est quoi, l’hydrogène?
• Un gaz (dihydrogène): la molécule H2 est constituée de deux
atomes d’hydrogène
• L’atome d’hydrogène est l’un des plus abondants sur terre. En
combinaison à un atome d’oxygène, on retrouve la molécule
d’eau H2O
• Un kg d’hydrogène gazeux prend 11 m³
• C’est le plus léger des gaz. Sa densité est 4 x plus faible que
celle de l’air
• Il se liquéfie à -252°
• Sa combustion libère une énergie de 33,3 kWh par kg (soit
l’équivalent de 2,5 kg de gaz naturel, 2,75 kg d’essence et +/- 4kg
de charbon)

2. Production du gaz hydrogène
• Très majoritairement produit à partir de gaz naturel, de pétrole ou
de charbon
• En 2016, la part produite par l’électrolyse de l’eau est encore faible
par rapport aux énergies fossiles
4%
48%
18%
30%
Sources d’H2
électrolyse
Gaz naturel
charbon
Pétrole
2.1 l’hydrogène industriel dans le monde

• Importance économique de l’hydrogène industriel: 90 milliards d’euros
en 2013, pour une production de 60 millions de tonnes
• La production se fait par vaporeformage (Steam Methane Reforming
– SMR).
• Pour le méthane, il y a réaction à haute température (700 – 1100 °C)
entre ce gaz et de l’eau en présence d’un catalyseur à base de Nickel.
Mais avant cette réaction, il y aurait entre 7 à 10 kg de CO² pour 1 kg
d’hydrogène produit
• Cet hydrogène industriel est utilisé pour des productions dites captives.
Deux exemples:
• L’hydrogène issu du gaz naturel est utilisé pour désulfurer l’essence
et le gasoil ou encore pour hydrogéner des huiles
• Pour la production d’engrais (transformation en ammoniac)
• Voir le graphique:

49%
2%
4%
8%
37%
utilisations
ammoniac
aérospacial
gaz industriel
méthanol
raffinage

2.2 Par l’électrolyse de l’eau
• = sa dissociation chimique provoquée par un courant électrique
continu
• Le générateur de ce courant baigne dans un électrolyte et est relié à
2 électrodes (la cathode et l’anode), qui recueillent l’hydrogène et
l’oxygène.
• Il existe plusieurs technologies d’électrolyseurs:
o La technologie alcaline, qui domine le marché
o La technologie PEM (Proton exchange membrane), à membranes
polymères échangeuses d’ions

2.3 Existe-t-il de l’hydrogène naturel?
• Il y a une réponse et un bon exemple concret reçu débu novembre
2016:
PETROMA, société d’exploration et d’exploitation d’hydrocarbures, a
découvert des gisements d’hydrogène naturel au Mali, et possède
aujourd’hui le seul exemple d’exploitation fonctionnelle de cette
ressource, encore inconnue il y quelques années seulement. Le village de
Bourakebougou, au nord-ouest de Bamako, est ainsi fourni en électricité
par un groupe électrogène alimenté par un gisement d’hydrogène naturel
pur à 98%.

La place ambitionnée par l’hydrogène Energie dans la
transition énergétique
• Un combustible à part entière pour la chaleur, la force motrice ou
l’électricité.
• Allié de choix: la pile à combustible (PAC) ou fuel cell (FC)
o Il y a plusieurs types de PAC :
• Electrolyte liquide : les piles alcalines AFC
• Electrolyte solide : les piles acide polymère PEMFC
les piles à oxyde solide SOFC
1. Approche technologique

• Situation en Belgique et en Wallonie des énergies renouvelables:
Voir tableau ci-après qui détaille les 12,7tWh/an générés par
les ENR en 2015:

Les Energies Renouvelables en Belgique Puissances installées jusqu'en 2015 et production d'énergie
Puissance TWh/an Puissance TWh/an Puissance TWh/an Puissance TWh/an
MW MW MW MW
5,7
OFF Shore 1* 712 2,4
ON Shore 2* 809 1,69 0 0 708 1,611 1517 3,3
2*
2310 2,245 54 0,053 838 0,815 3202 3,113
105 0,285
17 centrales 118 centrales 0,25 135 sites
3119 3,935 54 0,053 1546 2,676
5536 9,098
1* L'off Shore est une compétence fédérale et donc bénéficie à l'ensemble de la Belgique
2* On shore ; 698 éoliennes dont 311 en Wallonie et 182 éoliennes Off Shore
3* 1 kWc PV donne en production 972 kWh/an
Source: www.apere.org/observatoires. 4*La très grande majorité de la puissance et de la production d'électricité est située en Wallonie
5* La biomasse -incinération et hors incinération représente 3,700 twh/an et porte le total de la
production annuelle d'énergie électrique renouvelable à 12,7 TWh/an en 2015
Photovoltaïque 3*
Hydraulique 4*
Total Régions
Notes :
Total général Belgique
Total Belgique
Eolienne
Energie Flandre Bxl Wallonie
Puissance et production en 2015 2015 2015 2015 2015

2. Approche « Marchés »
LES APPLICATIONS STATIONNAIRES
 Le Power-to-Gas : par l’électrolyse, l’électricité produit de l’H2 qui peut
être injecté dans le réseau de gaz naturel. Si on ajoute du CO2, il y a
méthanation : cf. Fos-sur-Mer, démonstrateur Jupiter 1000

• L’ Allemagne, qui possède 30 des 50 installations recensées dans le
monde, est très avancée.
• Exemple de E-On à Falkenhagen:

 Le stockage pour fournir de l’électricité peut jouer un rôle de
régulation entre offre et demande dans les smart grids.
 Les 1ers marchés sont:
1. Les alimentations de secours
2. Les réseaux télécoms (pylônes essentiellement)
3. Les collectivités rurales isolées
4. Les zones insulaires, etc.

 Chariots élévateurs : société Hypulsion en 2012, le précurseur
= gain de productivité, pas de salle de charge, remplissage en moins
de 5 minutes

 La cogénération et la micro-cogénération
http://www.grdf.fr/actualites/chaudiere-pile-combustible-epilog

 Les applications mobiles
• Les véhicules
o 2015 et 2016 = étapes clés pour le démarrage de la mobilité hydrogène
énergie : vélos, scooters, voitures, bus, camions et trains:

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

• Aujourd’hui, les flottes captives dans les centres urbains sont au
démarrage du marché par exemple :
o La Poste française dispose de 5000 camionnettes Kangoo électriques ,
en a équipé certaines avec prolongateurs d’autonomie à l’hydrogène
o L’opérateur de taxis STEP va mettre en circulation 60 Hyundai IX35 à
l’hydrogène dans les rue parisiennes

• Waterstofnet a publié un document en 2016 intitulé: « National
Implementation Plan of Hydrogen Refuelling
infrastructure in Belgium ». Un aperçu des données:
o Stations de recharge:
Belgique Wallonie
• 2015-2020 25 5
• 2020-2025 75 20
• 2025-2030 150 40
o Véhicules: (en Belgique) Voitures bus
• 2015-2020 1.000 50
• 2020-2025 7.500 250
• 2025-2030 30.000 500

• D’autres applications: bateaux et avions:

Conclusions
• L’hydrogène Energie a commencé à trouver sa place dans la
transition énergétique, même en Wallonie.
• Quelle STRATEGIE pour la Wallonie?
o Où en est-on? Principalement au stade de la R&D
o Où veut-on aller? Objectifs = stockage des ENR (P2E), la mobilité et la
cogénération.
o Comment y aller ? Création d’un cluster Hydrogène Wallonie/Bruxelles
en 2017. Participation aux projets wallons ou /et européens, favoriser la
dynamique PPP.
o Quand? Être à un niveau comparable à la Région Flamande en 2020

MERCI DE VOTRE ATTENTION!

H2 dans tous ses états | Beez, Belgium | 01.12.20161
“HYDROGÈNE RENOUVELABLE :
LE LIEN MANQUANT ENTRE L’ÉLECTRICITÉ, LE GAZ,
L’INDUSTRIE ET LA MOBILITÉ.”
Denis THOMAS, Hydrogenics Europe N.V.
EU Regulatory Affairs and Business Development
Manager for Renewable Hydrogen
« L’hydrogène dans tous ses états »,
Moulins de Beez, Namur, 1er Décembre 2016

Electrolysers: Power  Hydrogen
Fuel cells: Hydrogen  Power (+ heat)
Electrolysis
Fuel cell
Electrolysis
Fuel cells
WATER (H2O) + POWER HYDROGEN (H2) + OXYGEN (O2)
(+ HEAT) (+ HEAT)
•Industrial applications
•Power-to-Gas
•Hydrogen refueling stations
•Grid balancing
•Back-up power
•Stationary power
•Combined Heat & Power
•Mobile power

Hydrogenics in Brief
Global company
Hydrogenics Corporation
 Headquarter
 Mississauga, Ontario, Canada
 Since 1948
 +/- 70 employees
 Areas of expertise: Fuel cells, PEM electrolysis, Power-to-Gas
 Previously: The Electrolyser Company, Stuart Energy
Hydrogenics Gmbh
 Gladbeck, Germany
 Since 2002
 Areas of expertise: Fuel cells, mobility projects,
Power-to-Gas
Hydrogenics Europe
 Oevel, Belgium
 Since 1987
 Areas of expertise: pressurized alkaline electrolysis,
hydrogen refueling stations, Power-to-Gas
 Previously: Vandenborre Hydrogen Systems
 In total: +/- 170 employees
 Incorporated in 1995 [NASDAQ: HYGS; TSX: HYG]
 More than 3,000 products deployed in 100 countries worldwide
 Total revenues (2015): 39.5 Mio $
 Over 65 years of electrolysis leadership
Production facility
Sales office

Alkaline & PEM electrolysis | Product’s line
Alkaline PEM (Proton Exchange Membrane)

Global Hydrogen Market
But most of the hydrogen produced
today is not CO2-free (from gas, oil,
coal)
If produced from renewable power
via electrolysis, hydrogen is fully
renewable and CO2-free.
Renewable hydrogen has the
potential to decarbonize a large
range of applications
Main industries consuming hydrogen
• 50%: chemical industry (ammonia, methanol)
• 43%: oil refineries
• 6%: float glass, steel and semi-conductors
• 1%: power plants, oil hydrogenation and mobility
Total consumption 2014 = 571 bcm H2
Data source: The Hydrogen Economy, M. Ball 2009 & Esprit Associates 2014

Fuel cells solutions: from power modules for turnkey systems
Cell stack Balance-of-Plant
• MEA - Membrane
Electrolyte Assembly
• Bipolar plates
• Gas Diffusion layer
• Gaskets
• Multiple cells layered
• End plates
• Tie rods
• Spring washers
• Bus bar interfaces
• Fuel cell voltage
monitor
• Fuel management
• Air management
• Water management
• Coolant pump and control
• Control hardware and
software
• Power conditioning
• Hybrid energy storage
• Hybrid control hardware and software
• Cooling or heat exchanger (or CHP)
• H2 storage
PEM Single Cell Fuel Cell Power Module Fuel Cell System

KOLON Water & Energy, South Korea (2015)
Repowering of by-product hydrogen from chemical industry
• OBJECTIVES
– Process Plant with by-product hydrogen
– Korean government provides incentives (feed-in) for power
produced from hydrogen
• SOLUTION
– >1 MW HyPM-R based on HyPM-R120 fuel cell racks
– Grid feed inverters, outdoor containers
– Joint venture power purchase agreement (PPA)
– 20 year Service agreement
– Commissioned October 2015
– 2x40ft containers
• More information: http://www.hydrogenics.com/about-the-
company/news-updates/2014/06/23/hydrogenics-signs-
agreement-to-create-kolon-hydrogenics-joint-venture-for-power-
generation-in-south-korea

Fuel cells for mobility applications
Many references
Canary Islands, Spain
Toronto Canada
TACOM/General Motors
Los Angeles, CA
Los Angeles, CA, USA
Basel, Switzerland
Berlin, Germany
Konstanz, Germany
H2Fly, DLR, Germany
ALSTOM, Germany
Riversimple, UK

Power-to-Mobility
Alstom Transport | Zero-emission (hydrogen) train | Coradia iLint
Source: Alstom
• ~50% of rail network in Germany is not
electrified (operated with diesel)
• More stringent regulation (exhaust
emission, noise) and expected price
increase for diesel
• LOI from 4 German States to buy min 40
zero emission passenger trains (2014)
• 1st train (2016) with hydrogen fuel cell
• Commercial service expected by 2020

[Renewable] Hydrogen

Power-to-Gas
• OBJECTIVES
– Development of 1,5 MW PEM Electrolysis Stack and System
– Validate PEM technology in operational environment
– Gain experience in technology and cost.
– Feed hydrogen into the medium-pressure distribution natural gas
pipeline at 30 bar without compression.
• SOLUTION
– 1x HyLYZER®-285-30 PEM electrolyser with all peripherals in 40ft.
housings for max 285 Nm³/h H2 at 30 bar (Power: 1.5 MW)
• PARTNERS:
• More information: www.windgas-hamburg.com
WindGas Reitbrook (Hamburg), Germany (2015)
Direct injection of hydrogen in natural gas grid (distribution)
Photo credits: Uniper Energy Storage GmbH

Power-to-Gas
• OBJECTIVES
– Demonstrate capabilities to provide energy storage services to the
Danish energy system.
– Demonstrate capability and economic viability of oxygen and heat
recycling in the on-site wastewater operations
– Biological methanation system to produce pipeline-grade
renewable gas (CH4) and feed into the gas distribution grid at 3.6
bar
• SOLUTION
– 2x HySTAT™ 100 (Alkaline) with all peripherals to produce
100Nm³/h H2 (Power: 1MW)
• SUPPORT
– This project receives financial support from the ForskEL program,
administered by Energinet.dk.
• More information: www.biocat-project.com
BioCat, Avedøre, Denmark (2016)
Biological methanation and SNG injection in distribution gas grid
4 April 2016

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

Power-to-Mobility
Hydrogen refueling stations
> 50 references with onsite hydrogen production
Shell, Santa Monica, USA Aberdeen Hydrogen Bus Project, Scotland,
UK, 2015
Stockholm, Sweden, 2005
Oslo, Norway, 2012 Vattenfall, Hamburg, Germany, 2012 Barcelona, Spain, 2005

Power-to-Mobility
Power-to-Mobility
Example: Toyota MIRAI
• Hydrogen refueling stations with onsite
hydrogen production
• For cars (700 bar), a refueling takes 3-5
min for a driving range of 400-500 km
• For buses (350 bar), a a refueling take
10 min for a driving range of 350 km
HRS Colruyt, Halle, Belgium

H2 Mobility Belgium
More information: www.waterstofnet.eu

[Renewable] hydrogen
Selection of recent demonstration projects
Main conclusions from these projects:
1. Hydrogen technologies work fine and deliver according to expectations.
2. There is still room for further technical improvement but no technology breakthrough is expected.
3. There is a important potential for further cost reduction: going from project manufacturing to product manufacturing
4. Energy regulatory framework is no suited for these applications and business operation of these projects remains very challenging
Country Project Size Year
Electrolyser
technology
Power
Gas
Industry
Mobility
Fuel
Thailand EGAT 1.2 MW + 500 kW FC 2017 PEM •
Canada Embridge P2G 2 MW 2017 PEM •
Germany MefCO2 1 MW 2017 PEM •
Denmark HyBalance 1.2 MW 2017 PEM • •
UK Levenmouth 370 kW + 100 kW FC 2016 Alkaline + PEM • •
Denmark BioCat 1 MW 2016 Alkaline •
Italy Ingrid 1 MW 2016 Alkaline • • •
UK Aberdeen 1 MW 2016 Alkaline •
Germany WindGas Reitbrook 1.5 MW 2015 PEM •
Canada Raglan Copper mine 350 kW + 200 kW FC 2015 Alkaline •
Belgium DonQuichote 150 kW 2015 Alkaline + PEM • •
Germany WindGas Falkenhagen 2 MW 2014 Alkaline •

Hydrogen | Basics maths
Hydrogen physics
• 1 kg 11,1 Nm³ 33,3 kWh (LHV) and 39,4 kWh (HHV)
• High mass energy density (1 kg H2 = 3,77 l gasoline)
• Low volumetric density (1 Nm³ H2 = 0,34 l gasoline)
Hydrogen production from water electrolysis (~5 kWh/Nm³ H2)
• Power: 1 MW electrolyser > 200 Nm³/h H2 > ± 18 kg/h H2
• Energy: 1 kg H2 > 11.1 Nm³ > ± 10 liters demineralized water > +/- 55 kWh of electricity
Cars and buses
FCEV H2 tank H2
consumption
Driving
range
Annual driving
distance
Annual H2
consumption
Car (passenger) 5 kg 1 kg/100 km 500 km 15.000 km 150 kg
Bus (12 m) 35 kg 10 kg/100 km 350 km 60.000 km 9 tons

Opex ~2%
Capex
~20%
Wholesale
Price
Electricity
~30%
Grid Fees and
Levies
~50%
Hydrogen Cost
Service Income
(balancing)
~xx%
Renewable
Credit:
Technology Push
&
Market Pull
measures
~xx%
Feedstock
Income
(H2, O2, Heat)
~xx%
Investor Bonus
Business Case Drivers

0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
Heating & Cooling Electricity Transport
ktoe
Overall share of energy from renewable sources (EU28, 2014)
Non-renewable
Renewable
The role of energy vectors (electricity and hydrogen)
in the decarbonisation of the EU energy system
Data source: EUROSTAT, SHARES 2014
Illustrative for future scenario
ENERGY EFFICIENCY
RENEWABLES
Biomethane
Green gas (H2, SNG)
Fuel cells (CHP)
Heat pumps
Hydro, Biomass,
Geothermal, Wind, Solar
Fuel cells
Batteries
Biofuels
Fuel Cell Electric Vehicle
Battery Electric Vehicle
17,7% 27,5% 5,9%
H2
2014
2014
2014
Future?
Future?
Future?
e-
Hydrogen
Electricity
Other renewables
2014
Future?

Concluding remarks
• Electrolysers and fuel cells technologies are mature technologies ready for
market introduction
• If governments want to meet COP21 (Paris) objectives, hydrogen will
definitely be part of the energy landscape
• Existing regulating framework should be adapted for hydrogen and other
‘sector coupling’ technologies
• What will be the role of hydrogen in Wallonia?
• There are large funding programs at EU, national, regional levels. What
about the first hydrogen demo projects in Wallonia?

Denis THOMAS | Renewable Hydrogen
EU Regulatory Affairs & Business Development Manager
Mobile: +32 479 909 129 | Email: dthomas@hydrogenics.com
Thank you for your attention

7
Multinational investment company

Second largest retail group in the
world after Walmart

2017 2019 2021
$250k $2M $5M
1 kW 100 kW
1 MW
&
10

Eric Taupin
Development Engineer
B.S, M.S
Vincent Lôme
CSO
B.S, PhD
Pierre-Emanuel
Casanova
CEO
B.S, M.S
Patricia Mayer
Business Developer
B.S, M.S
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12

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Les piles à combustible et leurs applications
Perspectives d’avenir
Nathalie Job
Université de Liège
Department of Chemical Engineering – Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry (NCE)
www.nce.ulg.ac.be
Beez – L’hydrogène dans tous ses états – 01/12/2016

Transformation
Utilisation directe
Energie brute
Stockage
et restitution
Contexte
Energie et développement durable

Consommation mensuelle
MWh
0,5.105
1,0.105
t
Contexte
La Libre Belgique – 10/09/2013
Régulation
offre/demande ?
août
février

Contexte

Voie thermomécanique
 Combustion
 Moteur thermique
 Alternateur
Rendement limité par le
principe de Carnot:
hmax = 1-Tc/Th = 40-60%
Comment transformer en électricité
l’énergie disponible dans un corps chimique ?
H2 (g) + 1/2 O2 (g)  H2O (g)
Voie électrochimique :
 Pas d’intermédiaire mécanique
hmax = DG/DH
DG = -229 kJ/kmolH2
DH = -242 kJ/kmolH2
 ηmax = 95 %
DG = DH - TDS
+ -
cellule
récepteur
e-
réactifs produits
Performances des systèmes électrochimiques

Exemple: piles à combustible

Piles à combustible
2H2 + O2  2H2O
Pt
1960
2,5 W/gPt
1kW
Francis Bacon
(1959)
2010
1.200 W/gPt
1MW
Amélioration des procédés
de fabrication/assemblage

Systèmes utilisateurs
Matériau Application

Systèmes utilisateurs
Densitéd’énergie(Wh/kg)
Densité de puissance (W/kg)
1 heure
PACs
Ultracaps
Capacités
10 heures
1 seconde
0.03 seconde
PAC
Supercap
Batterie
Toyota Mirai
Commercialisation : 2015
2015  700 unités
2016  3.000 unités
2017  20.000 unités

Systèmes électrochimiques
Séparateur
Electrolyte
Electrolyte
Anode
Cathode
Collecteurdecourant
Collecteurdecourant
e-e-
ions
Eléments en série = pack ou « stack »

Systèmes électrochimiques
Piles à combustible PEM
Plaque bipolairePlaque bipolaire
Membrane
Anode Cathode
H2 air
air + eauH2
(recirculation)

Composants
Séparateur
Electrolyte
Electrolyte
Anode
Cathode
Collecteurdecourant
Collecteurdecourant
e-e-
ions

Composants
Hydrogène
Electrolyte
eau
Système ouvert

Composants
Couche catalytique
cathodique (Air)
Couche
de
diffusion
Membrane
Nafion®
Couche catalytique
anodique (H2)
Couche de
diffusion
Couche catalytique
cathodique (Air)
Couche
de
diffusion
Membrane
Nafion®
Couche catalytique
anodique (H2)
Couche de
diffusion
Couche de
diffusion
Couche catalytique
anodique (H2)
Couche catalytique
cathodique(O2)
Couche
de
diffusion
Nafion®

20 - 30 nm
membrane
membrane
couchedediffusion
couchedediffusion
couche
catalytique
20 - 30 nm
couche
catalytique
structure rigide 3D
Pt/noir de carbone Pt/xérogel de carbone
Micromonolithe de
xérogelde carbone
Composants
Pile à combustible PEM
20 – 30 µm
matériau nanostructuré
séparateur
électrolyte

O2
20 - 30 nm
membrane
membrane
couchedediffusion
couchedediffusion
couche
catalytique
20 - 30 nm
couche
catalytique
structure rigide 3D
Pt/noir de carbone Pt/xérogel de carbone
Micromonolithe de
xérogelde carbone
Composants
Pile à combustible PEM
matériau nanostructuré
séparateur
20 – 30 µm
électrolyte
20 nm
e-
H+
O2 + 4e- + 4H+  2H2O
Pt/C
Pt

Matériaux

Chaîne complète
Challenges
- Amélioration des performances
- Augmentation de la durée de vie
- Diminution du coût
- Matériaux/procédés plus écologiques
- Matériaux non critiques
- Scale-up
- Assemblage
- Recyclage
Matériau Application

Focus sur les piles à combustible PEM
Applications spatiales et militaires

Applications civiles

Applications civiles - automobile
Toyota MiraiMazda Premacy Hydrogen RE Hybrid
Honda Clarity
Chevrolet Equinox
Mercedes Classe B

47%
24%
18%
11% Couches
catalytiques
Plaques
bipolaires
Membrane
Couches de
diffusion
Catalyseurs
Plaques bipolaires
Couches de
diffusion
Membranes
• Coût : marchés de niche  marché de volume
– Actuellement : 1.000 – 3.000 €/kW
 objectif 2020: automobile 50 -100 €/kW
stationnaire (installé avec périphériques) : 1.000 €/kW
Obstacles au développement industriel
Sources: DOE – FCH-JU

• Coût : marchés de niche  marché de volume
– Actuellement : 1.000 – 3.000 €/kW
 objectif 2020: automobile 50 -100 €/kW
stationnaire (installé avec périphériques) : 1.000 €/kW
Marché en croissance:
2009: 336 M€ 2013 : 716 M€ 2014 : 1,2 G€
Marché attendu :
2016 : 1,6 G€ 2020 : > 5 G€
• Durée de vie
- Actuellement : automobile : 2.000 – 2.500 h  objectif : 5.000 h
stationnaire : 10.000 h  objectif min. 20.000 h
• Infrastructure
- Fabrication/distribution d’hydrogène
Sources: DOE – FCH-JU
Obstacles au développement industriel

Matériaux - challenges
Membranes
- résistance à la température
- résistance à l’environnement chimique
- résistance mécanique
- diminution du coût
Catalyseurs
- durée de vie
- diminution de la quantité de platine
- remplacement du platine ?
Plaques bipolaires
- compacité
- matériaux légers
- diminution du coût

Assemblage - challenges
- Matériaux répondant au cahier des charges
- Fabrication en série ?
- Management thermique ?
- Stacking ?

Assemblage - challenges
http://www.toyota-global.com/innovation/environmental_technology/fuelcell_vehicle/index.html
Fabrication et intégration

Réseaux de distribution ou utilisateurs ??
L’hydrogène comme vecteur énergétique

www.nce.ulg.ac.be
Merci pour votre attention !
Matériau
Composant
Système

U"lisa"on
de
l’hydrogène
pour
le
stockage
de
l’énergie

Une
solu"on
qui
a
sa
place
notamment
dans
les
réseaux
électriques

Hydrogen for (seasonal) energy storage
Prof. P. Hendrick
patrick.hendrick@ulb.ac.be

Ir G. Oliveira Silva
goliveir@ulb.ac.be

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

PRESENTATION OUTLINE
•  INTRODUCTION
WHY ENERGY STORAGE?
STORAGE TECHNOLOGIES
•  WHY H2 FOR STORAGE ?
POTENTIAL CUSTOMERS
ANALYSIS OF THE COSTS
HYDROGEN SAFETY
HYDROGEN PRODUCTION
•  CONCLUSIONS
2
H2Net
P. Hendrick
G. Oliveira Silva
01st December 2016

INTRODUCTION
INTERMITTENT
ENERGY
PRODUCTION
IMBALANCE BETWEEN ENERGY
PRODUCTION AND ENERGY
CONSUMPTION
ENERGY
STORAGE
3
H2Net P. Hendrick
G. Oliveira Silva
01st December 2016

INTRODUCTION – SEASONAL STORAGE
4
H2Net
P Hendrick
G Oliveira Silva
01st December 2016

INTRODUCTION
APPLICATIONS FOR ENERGY STORAGE
•  MANAGEMENT OF VARIABLE ENERGY SOURCES
“VIRTUAL POWER PLANT”
•  POWER QUALITY
•  BLACK-START CAPABILITY
ABILITY TO START-UP AND PROVIDE ENERGY WITHOUT EXTERNAL POWER
•  COMMODITY STORAGE
STORAGE OF CHEAP OFF-PEAK ELECTRICITY, SOLD LATER AT A HIGHER PRICE
•  TRANSMISSION & DISTRIBUTION STABILIZATION
CONTROL OF REACTIVE POWER, FREQUENCY AND VOLTAGE
•  INVESTMENT DEFERRAL
•  AUTO-CONSUMPTION / ANTI-BLACK-OUT
5
H2Net
P. Hendrick
G. Oliveira Silva
01st December 2016

6
H2Net
P Hendrick
G Oliveira Silva
01st December 2016

7
H2Net
P Hendrick
G Oliveira Silva
01st December 2016

STORAGE – WHY H2
8
H2Net
P Hendrick
G Oliveira Silva
01st December 2016

Energy
storage
technologies
–
H2

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

1)
Variable
energy
produc3on

2)
Eﬃciency
increase

1)
Energy
storage

2)
Consump3on
deferability

•  How
much
storage
is
needed?

•  How
much
will
it
cost
and
who
should
pay
for
it?

•  Which
technologies
should
be
used?

•  How
to
improve
the
exis"ng
solu"ons?

•  What
is
the
impact
on
fossil
power
plants?

Poten"al
customers

Energy
@

Home

Customers’
requirements

Dischargetime(minutes)
Power (MW)
1
0,1
1000
100
10
0,1 1 10 100 1000
Energy
@

Home
-‐
MESB

Technological
/
Economical
choice

•  P:
Rated
power

•  Cp:

Capital
cost
per
unit
power

•  E:
Storage
capacity

•  Ce:
Capital
cost
per
unit
energy

•  T:
Life
"me
of
the
technology

•  η:
Eﬃciency

First considering the customer’s technical requirements

HYDROGEN STORAGE – ANALYSIS OF COSTS
15
ELECTROLYZER
ENGINE – FUEL CELL
TANK
COMPRESSOR
SAFETY & MONITORING
H2Net
P. Hendrick
G. Oliveira Silva
01st December 2016

16
ELECTROLYZER
30%

50%

70%

1
10
100

Eﬃciency
%
(H2

HHV)

Power
kW

10

100

1
10
100

Mass
kg/kW

Power
kW

y=37,3x-‐0,075

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

17
FUEL CELL
20%

30%

40%

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

Eﬃciency
%
(H2
HHV)

Power
kW

Stack

Fuel
cell

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

18
H2 TANK
H2NET
P. Hendrick
G. Oliveira Silva
01st December 2016

19
5

20

35

50

65

10
100
1000

Cost
for
a
20
year
life3me
c€2012/
kWhOUTPUT

Energy
kWhOUTPUT

kin=kout

kin=2kout

kOUT=1h

kOUT=4h

kOUT=10h

kOUT=50h
kOUT=150h

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

20
SENSITIVITY ANALYSIS
H2NET
P. Hendrick
G. Oliveira Silva
01st December 2016

CONCLUSIONS
21

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

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

Technology

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

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

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

Lead
acid

ﬂooded

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

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

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

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

MESB
P. Hendrick
G. Oliveira Silva
01st December 2016
 Electricity
+
Heat

(Cogen
-‐
CHP)

GH2
HYDROGEN FOR SEASONAL STORAGE
22
H2Net
P Hendrick
G Oliveira Silva
01st December 2016
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10
Price(€/kW)
Power capacity (kW)
2015
2016
0
500
1000
1500
2000
0 5 10 15
Price(€/kWh)
Battery useful energy capacity (kWh)
Lead-acid
Li-ion

Driving Clean Energy
Forward
Technologies pour la production et le
stockage d’hydrogène .
Développements et applications industrielles
Léopold Demiddeleer
« L’hydrogène dans tous ses états » - Beez - Décembre 2016

Forward
• Contexte des énergies renouvelables
• L’hydrogène
• Les solutions de McPhy Energy

Contexte .
3
- Globalement
Approche politique globale pour limiter les conséquences des
impacts des activités humaines en terme de réchauffement
climatique (… COP 21, 22…)
- Régions / Pays
Encadrement de la politique par des outils légaux : « Transition
énergétique » en France, « Energiewende » en Allemagne,
« Thermal vehicle ban » Pays-Bas, Scandinavie …
- Industries
Déploiement de stratégies d’entreprises spécifiques, basées
sur les énergies renouvelables :
- Toyota, Engie, EON, RWE …

Energies renouvelables en 2015
4
La progression des Energies renouvelables
- Sur 908 GW installés en Europe en 2015 :
26,1% solaire et éolien
- 77% des nouvelles installations de 2015
basées sur les Energies renouvelables
- Sur les 8 dernières années, les Energies renouvelables ont contribué à
55 % des capacités nouvelles

> La croissance de la valorisation des énergies renouvelables
implique de développer des moyens de valorisation des pics de
production
> Stockage « énergétique »
Challenge des énergies renouvelables
Limites des technologies actuelles liées à la
› Production irrégulière
› Saturation des réseaux en période de « pics »
› Prévisions difficiles
5
Energies
renouvelables
- solaire
- éolien

6
Hydrogène : Contexte
… Le gaz a certaines vertus, en particulier celle de pouvoir
être stocké, et l’électricité est pour l'instant le seul moyen
d'alimenter nos nombreux appareils électriques.
… Cette nouvelle approche - via l’hydrogène - permet de
valoriser les excédents de production d’énergie renouvelable,
et ouvre un gigantesque potentiel, ….que ce soit dans le
domaine du stockage ou dans celui de la mobilité ».
T Lepercq DGA ENGIE
L’hydrogène - par sa flexibilité d’usage - sera un
acteur majeur dans la révolution énergétique :
- Production d’énergie primaire
- Matière première « chimique »
- Source d’énergie pour la mobilité décarbonée

Production Stockage ApplicationsConversion
Stockage en
réseau de gaz Turbine Gaz
Hydrogène : « agent » flexible .
Production
irregulière
Production
stable
CH4
H2
Industrie
Energie
(Reélectrificat
ion)
PAC
Mobilité
(H2-Fuel)H2
CH4
Matières premières
injection
Methane
production /
Utilisation
chimique / …
Électrolyse
7
Réseau
7
Solaire
Eolien
Fossile
H2
H2
H2
CO2

Exemple : Mobilité
Batteries
› 150-250 km
› Reload : 2 - 8 hours
› Light cars
Hydrogène
› 500 km
› Refull : <50 €,
3 - 5 min.
› All cars
8
Véhicules Hydrogéne :
+ : limitation des émissions CO2 et avantages des véhicules « classiques »
- : stations de remplissage ( cf politique d’implantation globale au Japon)
Europe transport par routes ≈ 17 % emissions CO2
Emissions comparées (gramme de CO2 / km)
Source : McKinsey, Power trains for Europe

Exemple : Mobilité
9
Voitures : exemples Réseaux de stations de remplissage H2
Network HRS
› 330 ** vs. >230 000 tank stations
(Europe, USA, Japan)
Investment HRS
› HRS small: 200 K€ / 300 K€
› HRS large : 1 M€ / 2 M€
Pionniers : D, GB, California, Japon, Korea
UK Germany
Honda (FCX Clarity)
Hyundai (ix 35 FCEV)
Toyota (FCV Concept)
* HRS : Hydrogen Refueling Station
** source : H2mobility.org

Hydrogène .
10
• Ressource illimitée par électrolyse de l’eau
• Autre source industrielle : reforming du gaz
• Matière première pour l’industrie
• Produit et utilisé depuis plus de 100 ans
• 60 M tonnes/an , ≈ 30 Mds €
› Energie pour les engins spaciaux
› 1kg H2 = 33,3 kWh
› 1kg H2 = 100 km voiture
Gaz léger mais difficile à stocker

Forward
• Contexte énergétique
et les énergies renouvelables
• L’hydrogéne
• Les solutions de McPhy Energy

Produits innovants pour la production,
le stockage et la distribution d’H2
Large
electrolyzers
>500 kW
100/500 (or
more) Nm3/h
Small & mid
electrolyzer
<500 kW
1/100
Nm3/h
Disruptive H2
solid storage
technology
MOBILITY
& ENERGY
STORAGE
HYDROGEN
FOR INDUSTRY
Réponses aux besoins de marchés en croissance rapide
Electrolyse Stockage H2 stations
› Engineering: design and project execution
› Customer Assistance: maintenance and training
› Supervision and IT control : remote access, dashboard
HRS
10 to
200 kg /
day
McLyser McStore McFilling

Production and storage of H2
on site without CO2
Concept industriel intégré
limitant les émissions de CO2
Competiveness
› Electrolysors : 1 000 € / kW
› 5 € / kg H2 (vs. 5 € à 50) for
tradionnal supply
› ROI : 2 – 3 y
Advantage for customer
› NO logistic
› Garanty of supply
› Safety
Advantage for supplier
› Large number of proposals for
supply
› Contracts on long term basis
› Services agreement
13

McPHY Stockage H2 .
H2 Métal Hydrides
Sponge concept
Hydrides
(43 g / 0,5 Nm3 H2)
100 disks
(4 kg H2)
Assembly
Électrolysor alcaline
+ storage unit
› 13 ans de R&D, 8 brevets
› Stockage sur Hydrures
› Stockage à haute densité
› Stockage à basse
pression et à haute
sécurité
GLOBAL SOLUTIONSTORAGE UNITMODULEDISKLABOS
14

Perspectives marchés
Croissance rapide liée à la mobilité (B€)
Stations H2
Stockage
énergies
renouvelables

Réalisations et projets .
16
Chine
HEBEI Construction
Storage of Wind Gas
2 x 400 Nm3/h – 4 MW
+ Solid Storage
Delivery end 2017

17
France
Jupiter (Fos)
Storage of Wind Gas
200 Nm3/h – 1MW
including 0,5 MW PEM
+ Option HRS
beg. 2018
6 H2 workshop
PUS
Storage of PV
30 Nm3/h – 150 KW
+ Solid Storage
Mobility
HRS
Electronic
Industry
beg. 2017

Allemagne BERLIN AIRPORT
PROJECT
WERLTE
› 6 MW
› Opérational
› Station H2
› May 2014
› Electrolysor : 0,5 MW - 100 Nm3/h
› Storage : 100 kg H2

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

Forward
En résumé :
- Le marché des équipements pour la production, le
stockage et la distribution d’hydrogène destinés aux
marchés de la mobilité et du stockage d’énergies
renouvelables devrait atteindre 6 milliards € en 2025.
- Les technologies développées par McPhy lui
permettent d’être un acteur important de ces marchés.
- Les premières réalisations industrielles ont démontré
les performances techniques et la robustesse de ses
produits .

Merci de votre attention !
Bonne route !

Stockage hydrogène
H2 : storage agent
Hydro electricity
represents 99 % of
present storage
but…
› Low density
› Limited number of sites
› Environmental impact
Hydrogen is a
flexible and reliable
storage
› Capacity
› Load time
› Proximity
› Bridge between gaz
and electricity
1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1 GW
MinutesHeuresJoursSemaines
Batteries
Lithium-Ion
Batteries
Plomb-Acide
Batteries NaS
Stockage
hydrogène
souterrain
 Stockage d’énergie par puissance / temps de décharge
Source : McPhy
Pompage-hydroélectrique
Micro Petit Moyen Grand
23
Tempsdedécharge
Puissance

Presentation H2Net
Namur, 1er Décembre 2016
Energy storage is a game-
changer for Renewable
Energy

SME with World-class
Minority Shareholders
Solenco Power NV © 2016
Dr. Hugo Vandenborre
1 of 12 Members of the
High Level Group of the
European Commission
Honorary Chairman of the
Board of Directors of
Stuart Energy Inc.
(TSX: HHO)
Until mid-’08 Chairman of
Hydrogenics Europe
(NASDAQ: HYGS)
Public Company: SOLB
Active in different
industry sectors
including energy and
environment
Market driven innovation
World wide presence
12,4 Billion € Net sales
30,900 Full Time
Equivalents
Family Owned Company
Dominant presence in heating
and cooling components and
systems for a.o. the
residential sector
Italy based with 16
International Subsidiaries
within 3 Continents
0,2 Billion € Net sales
950 Full Time Equivalents

Solar Energy Conversion
Power Corporation nv
SOLENCO POWER nv

SOLENCO POWER nv – Our Vision

Our Product: Solenco PowerboxTM
Your Residential Energy
Storage and Production

Solenco Power Box Technology
Unique technology
protected by world wide
Patents

Comparison with Competing Technologies
Unique product that
solves Energy
bottleneck
Consumer Need Description SPBTM Batteries
Gas
mCHP
Energy Storage Store electric energy   X
Electricity and
Heat
Both energies produced by one
device
 X 
Stabilizes Grid
Reduced volatility of variable
Renewable Energy Sources
  X
Zero-carbon No CO2 emissions   X
Integrated
Different sources in one
integrated solution
 X X
Green solution No toxic waste  X 

Unique product that
solves Energy
bottleneck
Monitor and control the energy flow
of your home, at any time, at any
place, from your hand.
IoT*
Technology
The Solenco
PowerboxTM has
integrated Smart
Sensors that allows
the exchange of
information.
(*) IoT: Internet of Things
Opportunity for substituting Centralized Power Plants

SOLENCO POWER nv
The Solenco PowerboxTM is the
missing link
• For mass uptake of residential Solar PV.
• For your insurance against rising energy
prices.
• To make you independent from the
electrical grid as well as the natural
gas network.
• And…

The Solenco PowerboxTM Design
Your Residential Energy
Storage and Production

Solenco PowerboxTM
Modular Build Up of
Power and Energy

Solenco PowerboxTM
changer for Renewable Energy
Step 1
EU 28 (Now-2019)
Step 2
+North America (2020)
Step 3
+Asia (2021)
 10.000 units in
2020:
by adding North
America with
priority focus on
Ontario (Canada)
because of their
ambitious Energy
Storage Programme
 10 units in 2017
Benelux
 100 units in 2018
Benelux & Germany
 2.000 units in
2019: by adding
Denmark, France,
Italy and Spain
 20.000 units in
2021:
by adding Asia with
priority focus on
Rajasthan (India) +
Taiwan

Solenco PowerboxTM
changer for Renewable Energy
C06 hall 10.1.

Contact adress:
Solenco Power NV
Slachthuisstraat 112 bus2
2300 Turnhout, Belgium
Contact Person:
Julien Nyst, Director
E-mail: julien.nyst@solencopower.com
Website: www.solencopower.com
Cellular: +32 498 912 135

L’hydrogène dans tous ses états
1er décembre 2016
Jonas Cautaerts

Chiffres clés
11743
L’hydrogène dans tous ses états | 1er décembre 2016

Mission
Créer ensemble une
valeur ajoutée durable
fondée sur nos valeurs
et notre savoir-faire
dans la distribution

Entreprise durable
simplysustainable.com
Homme Environnement Produit

Hydrogène @ Colruyt Group
Etudes
1° chariot élévateur sur le site
Voyage d’étude Etats Unis
Station service hydrogène + chariots
FCH Don Quichote projet
Déploiement 200 piles à combustible
2004
2007
2010
2012
2015
2016
4000 remplissages
2800 kg

Etudes
1° chariot élévateur sur le site
Voyage d’étude Etats Unis
Station service hydrogène + chariots
FCH Don Quichote projet
Déploiement 200 piles à combustible
2004 2016 2025
(R)évolution dans le prix
2004
2007
2010
2012
2015
2016
hydrogène
infrastructure
entretien
prix

Focus énergie renouvelable
25%consommation
Colruyt Group

Focus énergie renouvelable
100%consommation
Colruyt Group

Réduction de consommation et des émissions de CO2
van ons
verbruik
11% moins de CO2
90% moins de NOx
46% moins de particules fines

Hydrogène durable
• énergie renouvelable = inépuisable
• Vent, soleil, eau de pluie
• Faible impact environnemental

Hydrogène durable
Printemps 2017 Intégré
à côté de diesel,
essence et CNG
100% disponible

Garantie de …
• Qualité de l’hydrogène
ISO 14687
SAE J2719 4.0 grade
production consommation
Fournisseur X Fournisseur Y

Garantie de…
• Qualité de la production et consommation
Efficacité?
?
?

Garantie de…
• Qualité du service
98% disponibilité

Jonas Cautaerts
jonas.cautaerts@colruytgroup.comdurable
Hydrogène
Prix
Qualité

© Viessmann Group
L’H2 et la cogénération
Viessmann Belgium BVBA
Laurent Vercruysse
Directeur technique

© Viessmann Group 01/12/2016 2
Pile à combustible - Vitovalor 300-P
Viessmann

Pile à combustible – Vitovalor 300-P
But de la pile à combustible: Réduction énergie primaire
Production séparée de chaleur et d’électricité
Centrale traditionelle
Efficience 38 %
Efficience 98 %
136 %
Energie
primaire
Vitodens
62% 2% 19%
64 % perte
Vitovalor 300-P
Efficience 38 %
Efficience 50 %
88 % 100 %
Energie
primaire
12 % perte
Production combinée de chaleur et d’électricité
Energie primaire production séparée:
Energie primaire production combinée:
142 %
100 %
Réduction consommation énergie primaire: Tot 42 %
Alle waarden zijn berekend op Hi. Exl. transportverliezen

Classification ErP
 Vitovalor:
 CC: 142 %
 ECS: 124 %
 Gaz condensation: …%??
 92-94 %

Classification ErP

Principe de fonctionnement de la pile à combustible:
Hydrogène H22 kWh gaz
naturel
CH4
‚Reformer‘
T° > 600°C
CO2 +
H2O
O2
CO2
PEM Pile à
combustible
H2O
750 Wh net
1 kWh 69°C
Buffer ECS / CC
230VAC
CH4 H2 & CO2
DC
AC

Caractéristiques:
 Puissances
 Pile à combustible
 Chaudière à condensation avec tampon CC et
ECS.
 Pile à combustible: Rendement électr./total:
38% / 90% (Hi)
 Smart Grid Ready
 Bruit max: < 50 dB(A)
 Séparation hydraulique pile à combustible /
installation de CC via échangeur à plaques.
 Puissance chaudière à condensation:
− CC 50/30: 19 kW.
− ECS: 29,3 kW

Rendement:
 Pile à combustible:
− 0,75 kWh EL (net)
− 1 kWh TH
− Max 21,5h / jour
− Mise en service = 1h
 Consommation 500 Wh
 Production maximale:
− 16,4 kWh EL/jour
− 5970 kWh EL/an

Composants:

Composants:
Reformer
Pile à
combustible
Onduleur
Gaz naturel  hydrogène,
CO2 & chaleur
Hydrogène et oxygène  VDC,
chaleur & eau
VDC/VAC + Surveillance
du réseau
Gaz (2 kW*)
Chaleur (1 kW*)
Electricité (0,75 kW*)
* Calculé sur Hi

Composants:
1
2
3
4
5
6
 Onduleur
 Stack (Pile à combustible)
 Reformer
craking + nettoyage du gaz
 Réservoir d‘eau
reservoir de condensat
 Désulfurisation
 Filtre DI
préparation interne du circuit d‘eau DI pour le refroidissement du
Stack.
1
2
3
4
5
6

Composants:
 Chaudière gaz à condensation Vitodens 222-W avec
ballon ECS 46L
 Puissance de la chaudière :
− CC 50/30: 19 kW
− ECS: 29,3 kW
 Rendement: 109% (Hi)
 Ballon tampon CC et préchauffage ECS (spirale en
inox) de 170 litre
 Ballon ECS en inox de 46 litre
 Concept total (hydraulique et régulation) tout en un.

Composants:
 Circuit ECS
 Circuit CC
(eau de remplissage CC selon VDI 2035)
 Ballon tampon avec séparation hydraulique
(eau de remplissage selon VDI 2035)
 Circuit Pile à combustible
(eau DI)
BZ &
Reformer
 La Pile à combustible fonctionne avec
de l’eau DI  5l.
 Séparation hydraulique entre le ballon
tampon et le circuit chauffage afin
d’éviter tout encrassement possible.
1
2
1
2
2

© Viessmann Group
Vitovalor 300-P
Merci pour votre attention
Viessmann Belgium BVBA
Laurent Vercruysse

Impact de l’hydrogène dans la transition
énergétique
Marenne Daniel

Qu’est ce que la transition
énergétique

Quel est aujourd’hui la technologie qui permet de produire
l’électricité au meilleur coût ( nouvelle installation) ?
3
09/12/2016
 Le renouvelable n’est plus seulement un rêve d’écologiste
 c’est devenu un rêve pour les financiers

Impact de cette réalité la production d’électricité
4
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
GW
GW
80 TWh/year
Non!
1 ha = 500 kW
50 GW = 1 000 km²
Belgique = 30 500 km²
Mais il faut stocker l’électricité
Impossible ?
50 TWh Sun
30 TWh Wind
80 TWh/year
GW

Stockage avec véhicules
électriques

 Equivalence = Stockage de grande
capacité centralisée
 Complémentarité (raccordement)
VOITURES ELECTRIQUES = BATTERIES
23/06/2016 Colloque mobilité UWE 6
 200,000 VE = 5 GWhe stockage
 Disponibilité > 95%
Impact de cette réalité la production
d’électricité

 5.600.000 voitures particulières en Belgique, dont +/- 2 M de “2ème voiture” (<
15,000 km/an)
 1 Véhicule électrique (15.000 km/an) = +/- 3000 kWh/an (= +/- 1 client retail)
 2 M VE en Belgique (= 2 M nouveau clients…) = 6 TWh/an
 = 8% de la production belge = < 8,000 h/an de deux TGV (400 MW)
 = 10 GW de Puissance si charge/décharge simultanée !
 Possibilité d’absorber une surconsommation de 10 GW mais uniquement durant
quelques heures.
 Pas pour du stockage longue durée !!!
QUELQUES CHIFFRES

L’hydrogène le chaînon
manquant vers un monde
100% renouvelable

Pourquoi l’hydrogène?
2016 Terr'Innove Namur - ENGIE 9
Soutien du réseau
Stockage électricité
CNG
Carburant
Liquide
Electricité
Mobilité
Industrie
CO2
H2 H2
Electrolyse Eau
Power to Gas Hydrogénation
Electricité
Mobilité
Industrie

 1 l diesel = 1 kg CNG = 100 kg Batterie = 500 g H2 (retransformé en électricité)
 Avantage Fcell => possibilité d’utiliser la chaleur perdue pour le chauffage du véhicule.
2016 10
VE LNG / H2CNG / H2
Electrical drive
EVRX, PHEV,FC
120 km – 400 km
Up to 1 000 km
Full CNG / H2
Bi Fuel
500 km + 500 km
Trucks
Blue Corridor
Daily distance
Premier axe de développement de l’hydrogène vert
la mobilité
Terr'Innove Namur - ENGIE

 Le H2 peut remplacer le C dans la sidérurgie
 Le H2 permet l’hydrogénation du CO2 pour construire les molécules de base à la
chimie organique.
 Le H2 permet le stockage saisonnier de l’électricité.
Nouvelles possibilités de l’hydrogène.
2016 Terr'Innove Namur - ENGIE 11

daniel.marenne@engie.com
MERCI DE VOTRE ATTENTION

Le projet WallonHY
Didier Vandermeersch
Moulins de Beez, 1er décembre 2016

• Hydrogène = vecteur énergétique du futur
• Défi technologique: décalage entre
o Grande capacité de production d’ENR
o Faible capacité des électrolyseurs permettant la conversion en H2
• Dû à la difficulté technologique d’augmenter le nombre de stacks
utilisés en série sans perdre en fiabilité et durabilité
• En même temps, suivant les experts de l’IEA, il y a un fossé entre la
capacité de production verte d’H2 et celle des systèmes classiques
Synthèse du cadre général

Développement d’une nouvelle génération d’électrodes
• Développement par l’équipe du prof. Joris PROOST (UCL)
d’électrodes 3D :
o Augmentation de capacité de production
o Augmentation de l’efficacité électrochimique (détachement des bulles
d’H2)
o Diminution du coût énergétique en kWh grâce à la réduction des
surtensions
o Plus grande flexibilité pour la variabilité de chargement des sources
d’ENR
Moulins de Beez, 1er décembre 2016 3

Objectif et description du projet
• Valider les observations faites en labo à l’échelle d’une installation
pilote à l’UCL
• Ce nouveau type d’électrolyseur sera ensuite intégré dans un site
démonstrateur P2H, dans le zoning de Seneffe
• Association avec des applications de mobilité

En outre:
• Objectifs sociaux économiques : Livre Blanc sur P2H + P2M
• Large diffusion de l’information
• Aplanissement des écueils sociaux et juridiques
• On vise l’émergence d’une filière industrielle wallonne « H2 »
• On souhaite développer le P2M

En pratique:
• Leader = UCL - IMAP
• Partenaires non scientifiques: Cluster Tweed et H2Net
• Partenaire industriel: Air Liquide
• DGO4
• Durée de 48 mois
• Budget total de environ 800.000 euros

MERCI DE VOTRE ATTENTION

Université catholique de Louvain (UCL)
Division of Materials and Process Engineering
La production verte d’H2 en WallonHY
à (plus ou moins) grande échelle
Prof. dr. ir. Joris Proost
Journée « L’hydrogène dans tous ses états » Moulins de Beez, Namur, 01/12/2016

1. le contexte
2. les défits technologiques
3. le projet WallonHY
4. les perspectives pour 2020

La « Sainte Trinité » de l’hydrogène
1 tolérance zéro vs. CO2
2 efficacité doublée
(combustion froide)
3 réversibilité 
C + O2  CO2 + chaleur

2H2 + O2  2H2O + électricité

La production verte d’H2
électrolyse de l’H2O
électro chimie

Power-to-H2 (P2H) ... H2 dans tous ses états
PRODUCTION
STOCKAGE
Electrical line
H2-to-
power
H2-to-mobility
UTILISATION

1953
Electrolyse de l’H2O à plus ou moins grande échelle

2009
Electrolyse de l’H2O : kW  MW
 2-3 MW
 ???

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

0
50
100
150
200
0
50
100
150
200
0 200 400 600 800 1000
H
2
output[Nm
3
/hr]
#Cells/stack
Power Input [kW/stack]
Les limites technologiques du scale-up ...
1 MW :  100 cells !!!

(2015-2019)
(2020-2025)
International Energy Agency / Hydrogen Implementation Agreement

Néanmoins,
un scale-up minimale s’impose !
2H2O  2H2 + O2
2 MW
CH4 + 2H2O  4H2 + CO2
H2 verte
H2 rouge

Comment réaliser le scale-up des électrolyseurs ?
2 MW  6 x 350 kW
« Buy 5 .... get 1 free »
ceci ne réduira pas le prix de l’H2 !!!
1

1953
L’électrolyse de l’H2O à grande échelle existe déjà !
135 MW !!!

Changement de technologie ? alcalin vs. acide (PEM)
2

Notre solution élégante : les électrodes 3-D3
 Augmentation significative du taux de production H2  moins de cellules
1) augmentation de surface intérieure pour même volume macroscopique ;
2) meilleur transfert de masse pour l’évacuation des gaz ;
 Entièrement compatible avec la technologie d'électrolyse actuelle (kW) :
a) même matériau électro-catalytique d'électrode (alliages de Ni) ;
b) même géométrie de cellule
(en remplaçant un stack d’électrodes 2-D par des plaques 3-D) ;

Project « WallonHY »
• « Power-to-H2: une feuille de route technologique et socio-
économique pour la réalisation d'un premier (site)
démonstrateur en Wallonie » ;
• Partenaires (2016-2019, 800k€) :
• Délivrables:
 électrolyseur pilote avec électrodes 3-D ;
 cartographie et feuille de route pour l’H2 en RW ( 2020) ;
 intégration dans des réseaux de mobilité UE ;

GLS H2 & O2
10 kW cell stack
KOH pump
KOH Pre‐heater
Liquid‐cel degasser
HMI & Data collector
Electrolyseur pilote avec électrodes 3-D

La mobilité H2 est (enfin) sur l’agenda politique
octobre 2015

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

La mobilité H2
1) infrastructure de recharge
(Hydrogen Refueling Stations ou HRS)
2) véhicules à H2
 20
50 bus à H2 permettront environ la même
réduction en CO2 que 1000 voitures à H2

0
50
100
150
200
0
100
200
0 20 40 60 80 100
H
2
bus (22 kg/day)
H
2
car (0.7 kg/day)
H
2
consumption(kg/day)
H
2
production(kg/day)
Number of H
2
vehicles (car or bus)
1 MW  5 H2 busses
0
50
100
150
200
0 200 400 600 800 1000
0
20
40
60
80
100
H
2
output[kg/day]
#Cells
Power Input [kW]
1 MW  120 kg H2/day
@ 33% capacity
1 bus à H2 consomme 80,000€ d’H2 par an
 une station de rechargement s’autofinance !
La mobilité H2 et ses besoin en H2 verte

Projet démo bus à H2 « P2H2mobility » (2017-2020)
• 20 (2x 10) bus à H2 ;
• un électrolyseur de 2 MW ;
http://www.fch.europa.eu/publications/fuel-cell-electric-
buses-potential-sustainable-public-transport-europe
200k Euro from FCH JU

Air Liquide 1st Public Hydrogen station in
Belgium as from 22-04-2016
Journée d’Etudes Hydrogène _H2 Net
Namur, 01-12-2016 l Christian Nachtergaele l

World leader in gases, technologies and services for Industry and Health01-12-20162 Air Liquide Benelux Industries
This document is PUBLIC
Energy transition wave according to Hefner (2007)%totatmarket
100%
Wood
Petrol
Past Present Future
Solids
Liquids
Gas
19501900 2050
Renewable gases: An energy transition
Energy transition wave according to Hefner (2007)

This document is PUBLICThis document is PUBLIC
2. Hydrogen : a world of applications

Air Liquide: 40 years of global investment in Hydrogen
4
> 46 large H2/CO plants
> 14 bn m3/yr
> H2 pipeline Eur: 1245 km
> H2 pipeline WW: 2000 km
> 2 bn € sales
Distribution
Production
Applications

Hydrogen, a core expertise of Air Liquide Group…
Glass
80 to 500 m3/h
H2 Ultra pure <1ppb
50 to 500 m3/h
Ariane 5
28 t/launch
Fuel cell vehicle
1 kg for 100 km
Heat Treatment
10 m3/h (batch)
1000 m3/h (continuous)
Chemicals ex: 0,067 t/ton Anilin
Petroleum refining
(desulfuration & hydrocracking)
10-100 km3/h

3. Why we believe in Hydrogen

Hydrogen delivers clean transportation solutions
INVESTMENT
Hydrogen is everlasting and is the most abundant element in universe
H2 produces zero emissions, just water
Out performs electric battery solutions
Natural Gas /
Biogas
Renewable
energies
Reformer
Electrolyser
H2 stations
for
Hydrogen
Electric
Vehicles

Hydrogen out performs all alternatives
Source : Mc Kinsey, 2011, EU Powertrain Report
PETROL HYDROGEN
HYDROGENELECTRICAL
ZERO
ZERO
120 g/km
150 g/km
180 g/km
Vehicle
Well to wheel
With Hybrid
EMISSIONS
AUTONOMY
CONVENIENCE
100 > 300 km 500 > 700 km
Recharging
30 min < 8 hours
Refueling
3 < 5 min
With Green H2

4. Air Liquide’s Hydrogen strategy
to 2020

Our ambition: leadership in H2 Mobility
• Lead activation of H2 Energy Markets
in particular H2 Mobility
• Be a major Mobility player
Maintain leadership across the full value chain
from H2 production to delivery at the pump
TECHNOLOGY INVESTMENT
CUSTOMER
EXPERIENCE

Technology leveraged at every step in the chain
Efficient
Sustainable
Safe
Reliable
Competitive
Technology
covering the whole
Hydrogen Energy
value chain

12
Pioneering innovative H2 mobility projects worldwide
75 Hydrogen Stations worldwide

Good collaboration with strong partners from the start ...
13
H2 Station ZAVENTEM

Opening Public AL H2 station in Zaventem on 22-04-2016
14
The first public
H2 station in Belgium

Air Liquide Blue hydrogen certificates
15
■ Hydrogen from chloralkali electrolysis with
renewable electricity in Zaventem (BE) –
certified by Vincotte
■ Hydrogen from bio-
methane in Dormagen
(DE) – certified by TÜV
■ Hydrogen from SMR + CCS in Port-Jérôme
(FR) – to be certified by E&Y

5. What are the next steps?

Sustainable mobility is within our grasp
Transition evolving
at unprecedented
pace
• Car
electrification
(hybrids, battery
electric, FCV, e.g.
Prius, Mirai…)
• New mobility
models (Uber, car
sharing…)
• Autonomous
vehicles

H2 mobility in Belgium : next steps
NIP: 25 H2 stations in Belgium by 2020
20 in Flanders and 5 in Wallonie
2020
25 HRS
1.000 FCEV
2025
75 HRS
7.500 FCEV
2030
150 HRS
30.000 FCEV
Create market conditions:
> vehicles (cars, taxis, buses, …)
> tax incentives, subsidies, modalities

End of presentation
Thank you for your attention

POWER TO GAS,
LA FEUILLE DE ROUTE DE LA RÉGION FLAMANDE
Isabel François
Project Manager WaterstofNet
Coordinator Power to Gas Cluster

WATERSTOFNET
• Association sans but lucratif,
fondée en 2009
• Active en Flandre et au Sud des Pays-Bas
• Développement et réalisation de
projects d’ hydrogène énergie (transport
sans émissions et stockage d’énergie)
• Faciliter la coopération entre industriels,
autorités gouvernementales et instituts
de Recherches
• Domicilié à Turnhout (B)

3
PROJETS
c
c
H2 dans un réseau
intelligent
Stratégie H2 pour l’
Europe N-Ouest
14 autobus dans 4
villes Europeénnes
Station d’ hydrogène
Halle Station d’ hydrogène
Helmond (NL)
Barquette Véhicule de collecte
des ordures
Feuille de route
infrastructure d’
hydrogène
Hyundai ix35
utilisé par
WaterstofNet
Feuille de route
Etude de
faisabilité
29 stations d’
hydrogène et
325 voitures en
Europe
Démonstration de 2
véhicules de collecte
des ordures dans 10
villes européennes
29 autobus dans 5
villes Europeénnes
2 autobus à
Eindhoven
Réseau d’
enterpresises
Flamandes
Analyse des aspects
de
législation/barrières

4
REALISATIONS WATERSTOFREGIO 1.0:
Station service à Helmond (NL)
350-700 bar
Application: voitures, bus
Station service au centre de distribution Colruyt Halle
350 bar
Application: transpalettes à piles a combustible

5
REALISATIONS WATERSTOFREGIO 1.0:
 Pile à combustible (Solvay) 1MW
 Transforme l'hydrogène (H2) coproduite par l'usine de
Solvay (chlore) en électricité.
 Véhicules de collecte d’ordures
 Batterie Li-ion de 144 kWh
 Pile a combustible 32 kW (Range extender)
 Rayon d’action 360 km

6
PROJETS ACTUELS
WaterstofRegio 2.0
Partners
Cofinanced by:
e.a.
• 2 stations d’ hydrogène
– à Wilrijk/Antwerpen, incinération des déchets
– à Breda (NL), électricité solaire
• Élaboration de la station Colruyt/Halle pour le
ravitaillement à l’ intérieur
• Station mobile à 350 bar pour faire des démonstrations
• Démonstration de 75 transpalettes chez Colruyt
• Développement et démonstration d’un camion de 40
tonnes roulant à l’ hydrogène.
Cluster “Platform power to gas”

7
LA FEUILLE DE ROUTE “POWER-TO-GAS FLANDERS”
• Durée: 14 months (01/10/2014 - 31/01/2016)
• Financement : Région Flamande
• Partenerres:
• Coordinateur: Hydrogenics (Denis Thomas)
• Résultats: www. power-to-gas.be/roadmap-study

8
CONTENU DE L’ ETUDE
• Analyse de l’ état actuel (2015) et futur (2030-2050) du PtG en Flandre (technologie,
économie, cadre juridique, opportunités de marché)
• Étude de business case PtG et identification des premiers marchés
• Une feuille de route qui servira de fondation pour les actions du cluster Power-to-Gas en
Flandre
Electricité Hydrogène
Mobilité voitures, bus
Injection dans le réseau gazier
Conversion en carburant liquide (methanol)
Conversion en électricité (pile à combustible)
Matière de base pour l’ industrie

9
LES ELEMENTS ESSENTIELS DU MODELE ÉCONOMIQUE
• Prix des matières premières: Prix de l'électricité, frais de transport et distribution,
taxes
• Équipement (CAPEX / OPEX ) L'électrolyseur (y compris le remplacement du cell
stack), le stockage et la compression H2, les stations de
ravitaillement, les piles à combustible ...
• Etapes supplémentaires du procédé: Caractéristiques et coût de la méthanation,
méthanolisation
• Services auxiliaires R1, R2, R3
• Avantages sociétaux: Coût du CO2 évité 2015-2030-2050
500kW → 100MW electrolyse

10
RESULTATS – COUT DE L’HYDROGÈNE INDUSTRIEL PRODUIT
À PARTIR D’ELECTROLYSE À GRANDE ÉCHELLE (~100 MW)

11
RESULTATS – COUT DE L’HYDROGÈNE INDUSTRIEL PRODUIT
À PARTIR D’ELECTROLYSE À GRANDE ÉCHELLE (~100 MW)
0,56
0,26
0,41
2,38
0,40
0,03 -
4,05
0,03 0,20
0,49
-
3,33
0,51
2,82
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
€/kgH2
LC 2015 - PtIndustry Large (full load)
Waterfall graph 2015 (Power-to-Industry - large scale - at full load operation)

12
LES DIFFERENT VALORISATION DE L’HYDROGÈNE
RESULTATS
Mobilité voitures, bus: Cas économique le plus prometteur
Moment politique en Europe (transport émission zéro )
Injection dans le réseau gazier: Grand capacité de stockage
A court terme: injection H2 (coût ≈ biométhane)
A long terme: methanation, coût plus élevé mais pas de limite
de volume
Conversion en methanol: Intéressant pour la substitution partielle de Diesel / Essence
(Cf. bio-diesel ou bio-éthanol aujourd'hui)
Matière de base pour l’ industrie: Cas économique positif déjà pour les applications à petite
échelle (comparé au H2 fourni par camion)
Conversion en électricité : Cas le plus complexe (uniquement pour stockage longue durée)

13
P2G ROADMAP FOR FLANDERS
CONCLUSIONS
• Power-to-Gas peut clairement contribuer aux objectifs d’une Europe décarbonée
• La Belgique et la Flandre disposent d’ acteurs importants qui couvrent toute la chaîne de
valeur du « Power-to-Gas ».
La coopération est essentielle.
• Les objectifs d’une Europe décarbonée vont créer des changements fondamentaux dans le
marché de l’ energie (prix CO2, demande de transport à émission zéro….)
=> impact important sur les analyses de rentabilité
• Un cadre réglementaire est nécessaire, e.a. des systèmes de soutiens et de tarifications pour
stimuler des investissements dans le H2 et le PtG.

14
LE CLUSTER “PLATFORM POWER-TO-GAS”: NOS MEMBRES

15
OBJECTIFS DU CLUSTER “POWER-TO-GAS”
PROJETS de PILOTAGE
Du Power-to-Gas
Communication avec
les décideurs politiques
concernant la stratégie
énergie
Accès au subventions
européennes

16
GROUPE-CIBLE DU CLUSTER “POWER-TO-GAS”
Production
énergie
renouvelable
Electrolyse
Compression,
stockage
transport
Opérateurs
de réseau
Intégrateurs
de système
Utilisateurs d’
hydrogène

17
EQUIPES DE PROJET: 6 THÈMES
Power to Mobility
Stations de H2 /véhicules
Power to Gas
H2 → réseau gazier
Power to Fuel
H2 + CO2 → methanol
H2 en applications maritimes
H2 ou methanol pour navires
Eolien Off-shore
Stockage à grande échelle
Certification
H2, gaz, methanol “vert”

18
NOS AMBITIONS
Pour la periode 9/2016 → 9/2019
• Au moins 3 projets pilotes en Flandre
réalisés ou encore en cours
avec > 15 entreprises concernées
• Au moins 10 nouveaux membres dans le cluster
• Plus de visibilité pour le potentiel de
l’ hydrogène en Flandre-Belgique-Europe

19
FONCTIONNEMENT
• Le cluster est ouvert aux nouveaux membres,
• ayant des activités importants en Flandre
• étant prêts à participer aux projects d’ hydrogène
• La contribution des membres est de 5000 € / an
Le gouvernement FL ajoute le même montant
• www.power-to-gas.be

Wallonia Energy,
Environment and
sustainable Development
Vers une feuille de route pour les futurs
producteurs et utilisateurs d’H2
en WallonHY
01 décembre 2016

Sommaire
L’hydrogène
et ses
applications
Technologies
H2
Cartographie
des acteurs
wallons
Législation &
Réglementations
Equilibre
économique
Scénarii de
déploiement
Promotion
de la filière
hydrogène
wallonne
2
Comment la Wallonie peut-elle se positionner
sur le marché porteur de l’hydrogène?
1. Analyse 2. Mise en place

Phase 1 - Analyse
L’hydrogène et
ses applications
Technologies H2
Cartographie des
acteurs wallons
Législation &
Réglementations
3

Phase 1 - Analyse
L’hydrogène et
ses applications
Technologies H2
Cartographie des
acteurs wallons
Législation &
Réglementations
4
Découverte de l’hydrogène et de ses applications afin de
répondre aux questions suivantes:
• À quels besoins l’H2 répond-il?
• Quels sont les utilisateurs potentiels de l’H2?
• Quel est l’apport de l’H2 par rapport à ses concurrents?
• Quelles sont les améliorations éventuelles à y apporter?
Grandeurs physiques et valeurs clés à retenir:
L’objectif est de se faire une idée de la position occupée par l’H2 en
comparaison aux vecteurs énergétiques concurrents.

Phase 1 - Analyse
L’hydrogène et
ses applications
Technologies H2
Cartographie des
acteurs wallons
Législation &
Réglementations
5
De la production à la valorisation en passant par le stockage:
• Dresser un état de l’art comparatif des technologies disponibles et
existantes dans la filière « H2 »
• Fournir des éléments technico-économiques types de solutions
hydrogènes pour un ou plusieurs projets
• Etablir les avantages et les inconvénients des différentes
technologies
• Lister les acteurs internationaux de référence

Phase 1 - Analyse
L’hydrogène et
ses applications
Technologies H2
Cartographie des
acteurs wallons
Législation &
Réglementations
6
Identifier les acteurs ayant des compétences intégrables à la
chaîne de valeur « H2 »:
• Cartographie des acteurs wallons (entreprises, centres R&D,
acteurs de formation, etc.) impliqués ou non dans le secteur, qui
possèdent des compétences intégrables dans la chaine de valeur
(équipementiers, acteurs technologiques, etc.)
Positionner le savoir-faire wallon (et bruxellois) par rapport aux
besoins du secteur:
• À partir du « process flow », définir les métiers à haute valeur
ajoutée et les défis en matière d'innovation technologique de la
filière H2
• Diagnostiquer les forces/faiblesses et les opportunités/menaces de
la filière H2 dans le cadre des objectifs 2020 de production
d’énergie renouvelable en Wallonie

Phase 1 - Analyse
L’hydrogène et
ses applications
Technologies H2
Cartographie des
acteurs wallons
Législation &
Réglementations
7
Décrire précisément le cadre réglementaire et normatif
applicable pour la réalisation d’un projet « H2 »:
• Pour le « process flow » de l’hydrogène
• Pour les véhicules
Identifier les difficultés et obstacles éventuels à prendre en
compte dans la réalisation d’un projet « H2 »
Etudier les approches des pays limitrophes afin d’effectuer des
recommandations en vue d’améliorer le cadre réglementaire
existant.

Phase 2 - Mise en place
Equilibre
économique
Scénarii de
déploiement
Promotion de la
filière
hydrogène
wallonne
8

Equilibre
économique
Scénarii de
déploiement
Promotion de la
filière
hydrogène
wallonne
9
Elaborer un modèle économique simple permettant de faire ressortir les
bons ordres de grandeur pour la mise en place de projets « H2 »
• Exemple pour la mobilité: Détails des informations concernant l’équilibre
économique:
• D’une station de remplissage hydrogène alimentée en H2 de différentes
façons
• Le coût total de possession d’un véhicule hydrogène (voiture, bus,
autre)
Proposer un aperçu des modes possibles de montage de projet,
impliquant les collectivités territoriales et/ou les entreprises privées:
• Exemple pour la mobilité: Modes de financement et d’exploitation possibles
pour:
• Les stations
• Les flottes captives de véhicules (dont bus)

Equilibre
économique
Scénarii de
déploiement
Promotion de la
filière
hydrogène
wallonne
10
Proposer des « débouchés hydrogène » qui font du sens pour la
Région wallonne:
• Exemple pour la mobilité:
• Sélection de régions clés pour l’H2 en Wallonie
• Scénario de déploiement de stations en fonction des
spécificités techniques et économiques de ces régions.
Proposer une stratégie pour lancer le déploiement de la filière
hydrogène:
• Exemple pour la mobilité: Quels sont les étapes à mettre en œuvre
pour faciliter le déploiement de la filière du transport à
l’hydrogène?

Equilibre
économique
Scénarii de
déploiement
Promotion de la
filière
hydrogène
wallonne
11
Informer sur la filière hydrogène via la diffusion du livre blanc et des
recommandations issues du projet WallonHY:
• Les décideurs politiques
• Le grand public & les professionnels de la filière
• Les médias
Développer un site internet dédié à l’hydrogène et mettre en place une
animation des réseaux sociaux
Promouvoir les compétences wallonnes lors d’évènements nationaux et
internationaux
• Organiser un événement de clôture du projet
• Maintenir l’animation des groupes de travail thématiques réunissant les
acteurs de la filière identifiés
Mettre en exergue les travaux réalisés sur le site démonstrateur de
l’UCL: Visite des laboratoires et du pilote d’électrolyse

Wallonia Energy,
Environment and
sustainable Development 12
Vos contacts:
TWEED Asbl
Rue Natalis 2 – 4020 Liège – Belgium
www.clustertweed.be
Cédric Brüll
Directeur
cbrull@clustertweed.be
+32(0)4.242.47.61
Olivier Ulrici
Ingénieur projets
oulrici@clustertweed.be
+32(0)4.242.47.60
Vous êtes actif dans la filière hydrogène?
Vous souhaiteriez le devenir?
Faites le nous savoir!

COPYRIGHT: HINICIO & LBST
Proposition de
modèle économique
pour
l’approvisionnement
d’un territoire en
hydrogène
décarboné
5 T h O c t o b r e 2 0 1 6

• Company presentation
• Introduction to Hydrogen
• A business case for Power to Hydrogen
storage at regional (DSO connected) level
to decarbonize transport
• Q&A
Agenda

ENERGY
EFFICIENCY
HINICIO in a nutshell
STRATEGY CONSULTANTS
IN SUSTAINABLE ENERGY
AND TRANSPORT
 Multidisciplinary
approach and team:
 Technology
 Market/economics
 Policy and regulation
 3 offices:
 Brussels (HQ)
 Paris
 Bogota
 Clients in more than 15
countries in Europe,
Latin America and Asia
RENEWABLE ENERGY
HYDROGEN AND
FUEL CELLS
ENERGY STORAGE ELECTRO-MOBILITY
3

4
They trust us: Clients
PRIVATE SECTOR
• International
companies
• Startups
• Investors
• Industrial
associations
PUBLIC SECTOR
• International
organisations
• European
institutions
• Governments
• Public bodies

5
A short overview of references
Coordination for the elaboration of the French
hydrogen and fuel cells roadmap
Definition of a strategic plan for the development the
hydrogen and fuel cell sector for the Region of
Rhône-Alpes
Definition of a regional roadmap for the
development of hydrogen as an energy carrier with
potential to address climate change.
Definition of a hydrogen roadmap in the Midi-
Pyrénées Region and strategic support in view of the
structuring of a dedicated technology platform
Hydrogen mobilty pilot project in the region of La
Manche

6
A short overview of references
Grid impact analysis and assessment for increased
penetration of renewable energy into the
Jamaican Electricity Grid.
Developing a European wide Guarantee of Origin
scheme for green hydrogen
Techno-economic and business case analysis for
the use of hydrogen as a medium of storage for
the distribution grid
Early business cases for H2 in Energy Storage and
more broadly Power to H2 applications

11
Revenue Streams within Power to Gas
Projects
Primary revenues
Industrial Mobility
Additional revenues
Gas Grid
Injection Balancing
Grid
Services

12
Mobility Demand on a regional level

13
Novel techno-economic modelling of a semi-
centralised hydrogen system
X00km
With transportW/o transport
X0km
>X0 MW X MW
Nation-wide HRS network
Region-wide HRS network
centralized
X0 kW
Semi-centralized On-site
Source:Hinicio2015
Image: Hinicio

14
System dimensioning: starting from the
demand
Production
1 MW
Source:Hinicio2015

15
Main components of a semi-centralised
Power-to-Gas system
Consolidated
Business Case
Production
1 MW
Conditioning Storage and
transport
Distribution
CAPEX
H2 cost
€/kg
OPEX
Revenues
H2 production &
conditioning
kgH2
€/kgH2
M€ M€ M€
k€/yr k€/yr k€/yr
€/kgH2 €/kgH2 €/kgH2
- - k€/yr
X
X
X
X
Image: Hinicio

System operation
• Production
• Conditioning
• Storage
• Logistics
• HRS
Economics and finance
• CAPEX
• OPEX
• Revenues
• Cash flow
• IRR, NPV
• P&L
System sizing optimum
• Production
• Conditioning
• Storage
• Logistics
• HRS
H2BCase
by
16
H2BCase by HINICIO: Dimensioning, optimizing
and simulating your hydrogen supply chain
Techno-economic database of
hydrogen technologies
• Production
• Conditioning
• Storage
• Logistics
• HRS
• Vehicles
Energy markets
• Electricity spot price
• Balancing market
• Capacity market
• Natural gas market
• Carbon tax
Local data
• H2 Demand
• Gas grid
• Electricity grid
• Road access
• Distances
All configurations
• centralised
• Semi-centralised
• On-site
Images: Hinicio H2BCase model

17
14 scenarios assessed: France Vs Germany,
2015 Vs 2030
Table: Hinicio
1
(Ref)
Country France
Year of
electrolyser
commissioning
2015 2020 2030 2030 2030
100/325
(50+50 /
140+185)
France Germ. Germ.
26% of
wind el.
Cost
100%
of
wind
el.
cost
17%
of
wind
el.
Cost
100%
of
wind
el.
cost
2014 2014 2030 France
Franc
e
Ger
m.
Franc
e
Grid charge
France
2015
Electr.-int.
0.5
H2 injection
(€/MWh)
Electrolyser
capex
(M €/ MW)
Electrolyser
efficiency/stack
lifetime
66%/4y 75%/10y
75%/
10y
75%/1
0y
Public subsidy
on investment
costs
25%
0,55
200/6
50
13 14
55,8
12Scenario Nbr 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Germany
Initial/Final H2
Mobility
demand (kg/d)
100/163
(50+50/(
70+93)
Electricity price
duration curve
or cost
Germ.
2020
No H2
mobilit
y sales
100/16
3
Germany 2015 rates
CSPE (€/MWh)
90 (FIT) 55,8
No
inject.
No
inject
19.5
55,8
1,9 0,55 0,55

18
Scenario 1 - Reference - Assumptions
• H2Mobility market consumes 1/3 of electrolyser
capacity in year 1 (1MW electrolyser – 100
kg/day – 100 FCEV/REX or 4 busses) and
increases to full electrolyser capacity in year 10.
• Electrolyser plant considered to be benefiting
from “electro intensif” regime (low grid / tax
fees).
• Available capacity permitting, H2 is produced
for injection into the Gas Grid when marginal
costs of H2 production are lower than Feed-In-
Tariff (assuming €90/ MWh) to achieve increase
revenue streams during market take-off phase of
FCEV.
• No charges applied to the electricity consumed
for producing the hydrogen injected into the gas
gridTable: Hinicio

Representation of results per Scenario (1)
Revenues:
1. H2Mobility: €8 / kg @ 200
bar @ HRS
2. H2 injected @FIT:
€90/MWh
3. Primary reserve:
€18/MW/h
Figure: Hinicio, H2BCase Model 19
Source:Hinicio2016

Representation of Results per Scenario (2)
Variable Costs:
1. H2Mobility: variable
Electricity costs & water
costs
2. H2Mobility: variable cost of
trailer transport (€1/km and
€45/hr)
3. Injection: variable electricity
costs & water costs
Source:Hinicio2016

Representation of results per Scenario (3)
Fixed Costs:
1. H2 Mobility: electrolyser
O&M (3% +3% of CAPEX) &
Fixed part of Grid fee &
Trailer & Storage @ HRS O&M
2. Injection: Electrolyser O&M
(3% +3% of CAPEX) & Fixed
part of Grid fee
3. Depreciation of Electrolyser
+ Stack Replacement +
Compressor & Injection Skid
4. Depreciations of Trailer &
Storage @ HRS
Source:Hinicio2016

22
Scenario 1 - Reference - Results
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
k€/y
Year
1 MW semi-central Power-to-H2 system - Revenues and Costs
(CAPEX depreciated)
Log. annualized capex
Prod annualized capex
Injection fixed costs
Market fixed costs
Injection var.cost
Market var. log. costs
Market var. prod.cost
H2 GoO's
Grid services
Injection sales
Market sales
IRR = 0% (10y)
Payback = 10
years
 Injection into the Gas Grid and System Services complements revenue
streams during “valley of death” of FCEV market.
 Its contribution to margin decreases as hydrogen mobility market takes
off.
Figure: Hinicio, H2BCase Model
Source:Hinicio2016

France 2015 – Higher H2 Mobility demand
from year 1
Table:Hinicio
23
IRR = 3%
Payback = 9 years
• H2Mobility market consumes 1/2 and 2/3 (instead of 1/3
base scenario) of electrolyser capacity in year 1 (1MW
electrolyser – 165 and 216 kg/day – 165/216 FCEV/REX or
6/8 busses) and increases to full electrolyser capacity in
year 10.
IRR = 6%
Payback = 8 years
Demand year 1: 165
kg/d
Demand year 1: 216
kg/d

France 2015 - With public subsidies (14)
+ Public subsidy of 26% of CAPEX
Table:Hinicio
24
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
k€/y
Year
1 MW semi-central Power-to-H2 system - Revenues and
Costs (CAPEX depreciated)
Market fixed costs
Injection var.cost
H2 GoO's
Grid services
Injection sales
Market sales
IRR = 7%
Payback = 7 years

France 2030 - Assumptions
• Electrolyser technology costs of
2030
• Securing 2/3 of maximum
electrolyser capacity from the start
• Upfront purchase of the
production of renewable
generation capacity at projected
full cost (Eur 60 / MWh, cfr ADEME
projections)
• Caloric Value of H2 ~ Natural Gas
(37.8 €/MWh cfr: IEA, nouveau mix
2030) + Carbon tax of 90€/t CO2
Table: Hinicio 25
13
2030
200/325
wind el.
cost
France
55.8
0.55
75%/
10y

26
Scenario 13 – France 2030 - Results
IRR = 7% (10y)
Payback = 7 years
Figure: Hinicio, H2BCase Model
Source:Hinicio2015
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039
k€/y
Year
1 MW semi-central Power-to-H2 system - Revenues and Costs
Market fixed costs
Injection var.cost
H2 GoO's
Grid services
Injection sales
Market sales

• From a technical standpoint, Power-to-Gas is one promising
option in our portfolio towards the energy transition in order to
simultaneously integrate more intermittent renewables and
decarbonize road transport thanks to responsiveness of the
PEM electrolysis technology
• From an economic standpoint, Power-to-Gas appears as a
credible option in the mid-to-long term for the supply of low
carbon hydrogen at the local level in low electricity marginal
cost environments. The business case could potentially fly with
no public support if an adequate (and long expected…)
carbon pricing environment is put in place and regulatory
barriers are dealt with to allow injection into the gas grid and
participate in system services and balancing.
27
Conclusion: There is a potential business case
for Power-to-Gas

This presentation builds on the results of the study “Short term and
long term opportunities to leverage synergies between the
electricity and transport sectors through power-to-hydrogen”
HINICIO and LBST would like to thank Fondation Tuck for
supporting this study under its The Future of Energy programme
29
Acknowledgment

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sustainable
energy and
transport
Contact point:
Wouter Vanhoudt
Director EMEA
Wouter.vanhoudt@hinicio.com
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Q & A

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