Tests réussis pour Hyflexpower. Le démonstrateur industriel est parvenu à convertir une turbine à gaz de grande puissance à l'hydrogène à 100 % pour produire de l'électricité. Si cette conversion avait déjà été réalisée en laboratoire, elle ne l'avait pas encore été en conditions réelles. C'est chose faite depuis cet été. « La réussite de la dernière série de tests ouvre des perspectives décisives pour la production d'électricité verte et la décarbonation des secteurs industriels les plus émetteurs », se félicitent les porteurs du projet, Siemens Energy, Engie Solutions, Centrax, ainsi que plusieurs centres de recherche et universités en Europe.

Lancé en 2020 sur le site du papetier Smurfit Kappa, à Saillat-sur-Vienne (Haute-Vienne), ce projet visait à montrer qu'il est possible de produire, stocker et réutiliser de l'hydrogène pour produire de l'électricité dans un environnement industriel. Estimé à plus de 15 millions d'euros, il a bénéficié d'un soutien européen à hauteur de 10,5 millions dans le cadre du programme Horizon 2020.

Power-to-hydrogen-to-power

Le site de Smurfit Kappa a été choisi en raison de son équipement, une turbine à gaz rénovée en 2018 par Siemens Energy, et des disponibilités pour mener les tests : la cogénération est utilisée en hiver pour l'activité papetière, ce qui laisse la turbine disponible l'été pour mener les tests.

Le démonstrateur visait à produire sur place l'hydrogène, à le stocker et à le réutiliser dans la turbine à gaz pour produire de l'électricité.

L'hydrogène a été produit sur place par électrolyse (1,6 MW), à partir d'électricité verte achetée sur le réseau. Il a ensuite été compressé et stocké dans des bouteilles, d'une capacité totale d'une tonne. À raison de 200 kg d'hydrogène produit chaque jour, le volume de stockage a été rempli en cinq jours. Cet hydrogène est ensuite brûlé pour produire de l'électricité lors des moments de tensions sur le réseau. On parle alors de power-to-hydrogen-to-power.

Le brûleur et la chambre de combustion adaptés

Mais le principal défi était d'adapter une turbine de 12 mégawatts (MW) d'une unité de cogénération industrielle pour brûler 100 % d'hydrogène, afin de produire de l'électricité. Les premiers tests, menés en 2022, avaient vu la production des premiers kilowattheures à partir d'un mélange composé à 30 % d'hydrogène et à 70 % de gaz naturel. Pour y parvenir, la chambre de combustion de la turbine a dû être adaptée : l'hydrogène, beaucoup plus volatil que le gaz naturel, peut en effet provoquer des retours de flammes, susceptibles d'endommager les matériaux et de poser des questions de sécurité.

“ Les connaissances et l'expérience acquises nous aideront à poursuivre le développement de l'ensemble de notre parc de turbines à gaz en vue d'un avenir fondé sur l'hydrogène ” Karim Amin, Siemens Energy

Les tests menés à l'été 2023 visaient à confirmer les résultats obtenus en laboratoire : une faisabilité avec 100 % d'hydrogène. Pour y parvenir, la chambre de combustion et la technologie du brûleur ont donc été retravaillées par Siemens Energy. Les tests ont validé cette faisabilité, mais aussi la flexibilité de la turbine modifiée. « En 2023, le démonstrateur a prouvé que des turbines de pointe dotées d'une technologie de combustion sèche à faibles émissions peuvent être alimentées par de l'hydrogène à 100 %, par du gaz naturel et par tous les mélanges intermédiaires », expliquent les porteurs de projet. Cependant, le meilleur rendement serait atteint avec 100 % d'hydrogène et il serait légèrement supérieur à celui obtenu avec le gaz naturel (23,03 % au lieu de 22,35 %).

Tester la production de chaleur

Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour les turbines à gaz et la cogénération. « Les connaissances et l'expérience acquises dans le cadre du projet Hyflexpower (…) nous aideront à poursuivre le développement de l'ensemble de notre parc de turbines à gaz en vue d'un avenir fondé sur l'hydrogène », explique le vice-président exécutif de Siemens Energy, Karim Amin.

Le projet va être poursuivi et s'ouvrir à d'autres acteurs, pour tester notamment la production de chaleur industrielle avec 100 % d'hydrogène. « Le consortium prévoit également d'explorer les moyens d'augmenter la production d'électricité décarbonée et de la commercialiser », indique un communiqué.