Hydrogen energy technologies for low-carbon buildings
Étude des technologies de l'hydrogène-énergie appliquées aux bâtiments à faible impact carbone
Résumé
Buildings are one of the world's most energy-intensive sectors. Photovoltaic energy is widely used to generate low-carbon power for residential buildings. However, the time lag between photovoltaic production and housing demand leads to periods of overproduction. The present work seeks to estimate the potential of hydrogen systems to capture this surplus energy.To this end, a model capable of modeling consistent, continuous and varied electrical, thermal and photovoltaic load profiles is implemented, parameterized and improved. Based on this model, loads are generated for current and low-carbon (passive) housing. This program is coupled with a multi-energy system model capable of simulating the energetic and dynamic behavior of these components for several scales, architects and uses of hydrogen. The energy, economic and environmental (through life-cycle emissions) performances resulting from the modeling are used in an optimization to study the performance of each case study and the sizing trends of the multi-energies system.In our study, the results show that performance varies according to the criteria observed, the architecture studied and the energy mix of the network to which it is connected. When it comes to using the hydrogen produced to supply electricity and heat (power-to-power), the system stands out for the renewable energy it provides, but is not competitive in terms of cost and emissions with the French electricity grid. However, in terms of life-cycle emissions, the system is viable for most European energy mixes. For the production of hydrogen for sale (power-to-gas), the hydrogen produced is not economically competitive without financial support. However, in terms of life-cycle emissions, production can compete with various uses (transport, industry, etc.). Finally, when used as an energy source for heating, hydrogen needs to be highly decarbonized to compete with heat pumps.
Le bâtiment est un des secteurs les plus énergivores au niveau mondial. Pour répondre à la demande des bâtiments résidentiels de manière décarbonée, l’énergie photovoltaïque est couramment utilisée. Cependant, le déphasage temporel entre la production photovoltaïque et la demande des habitations entraîne des périodes de surproduction. Le travail présenté ici cherche à estimer le potentiel des systèmes hydrogène-énergie pour rentabiliser ce surplus d’énergie.Pour cela, un modèle pouvant modéliser des profils de charge électrique, thermique et de production photovoltaïque cohérents, continus et variés est implémenté, paramétré et amélioré. À partir de ce modèle, des charges sont générées pour des habitations actuelles et à faible impact carbone (passives). Ce programme est couplé avec une modélisation de système multi-énergies pouvant simuler le comportement énergétique et dynamique de ces composants pour plusieurs échelles, architectures et usages de l’hydrogène. Enfin, des critères énergétiques, économiques et environnementales (à travers les émissions sur le cycle de vie) issus de la modélisation sont utilisés dans une optimisation pour étudier les performances de chaque cas d’études et les tendances de dimensionnement du système multi-énergies.Dans le cadre de notre étude, les résultats montrent que les performances sont variables selon les critères observés, l’architecture étudiée et le mix énergétique du réseau auquel il est raccordé. Sur l’utilisation de l’hydrogène produit pour fournir de l’électricité et de la chaleur (power-to-power), le système se démarque par l’énergie renouvelable qu’il apporte, mais n’est pas compétitif en termes de coût et d’émission avec le réseau électrique français. Cependant, du côté des émissions sur le cycle de vie, le système est viable pour la majorité des mix énergétiques européens. Pour la production d’hydrogène pour de la vente (power-to-gas), l’hydrogène produit n’est pas compétitif économiquement, sans aide financière, alors qu’en terme d’émission sur le cycle de vie, la production peut concurrencer différents usages (transport, industrie, etc.). Enfin, quand utilisé en tant que source d’énergie pour le chauffage, l’hydrogène doit avoir été produit de façon fortement décarbonée pour concurrencer les pompes à chaleur.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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