Les petites et microturbines à gaz, les pompes à chaleur réversibles alimentées au gaz, les piles à combustible et les systèmes hybrides gaz-renouvelables sont porteurs des promesses à plus long terme.

Sans surprise, la protection de l'environnement est considérée comme le principal moteur du changement, en incluant les directives et réglementations concernant la qualité de l'air, la gestion intégrée de l'environnement et la sécurité des installations de gaz, qui auront une influence sensible sur la conception des équipements et appareils de combustion au gaz. Le problème de l'effet de serre est vu comme un facteur déterminant qui amènera à la fois des opportunités et des défis.

Dans le domaine économique, l'ouverture des marchés énergétiques est évidemment le facteur clé pour le court terme - à condition toutefois que les normes relatives aux équipements industriels de combustion soient harmonisées à l'échelle internationale et que les fluctuations de prix des énergies ne viennent pas freiner les investissements en faisant peser trop d'incertitudes sur les temps de retour.

* Les opportunités sectorielles

En sidérurgie, la chute du prix de l'oxygène rend les système d'oxycombustion de plus en plus attractifs pour les procédés à haute température, notamment pour remplacer des fours à arc électrique à l'occasion d'augmentations de capacité de production. Il en va de même pour le secteur des non ferreux, notamment pour l'aluminium. Le séchage au gaz (radiants, infrarouges) devrait connaître un développement certain dans les secteurs de la construction automobile (séchage de peintures), de la papeterie et du textile. La facilité avec laquelle le gaz permet de contrôler l'atmosphère des fours est un arguments de poids dans le secteur des matériaux de construction.

En dehors de ces procédés spécifiques, deux technologies générales semblent aux yeux des compagnies interrogées vouées à un grand avenir. D'abord la cogénération, en particulier dans les secteurs de la chimie, de l'agro-alimentaire, du textile, des plastiques et, sous forme de trigénération, pour les immeubles de bureaux et tertiaires. Ensuite la climatisation et la déshumidification, plus généralement le conditionnement d'air, notamment dans l'industrie électronique, mais aussi pour les immeubles.

L'augmentation attendue de la demande d'électricité représente également un fort potentiel de développement pour le gaz naturel, soit sous la forme de centrales à cycle combiné, soit, pour une part croissante, sous la forme de production décentralisée par cogénération. Les microturbines, à base de technologies aéronautiques ou automobiles, sont considérées dans ce contexte comme très prometteuses.

* Technologies d'avenir

Sont citées la cogénération en général et les microturbines en particulier ainsi que les unités de conditionnement d'air alimentées au gaz, les piles à combustible et les énergies renouvelables, qui pourraient donner lieu au développement de systèmes hybrides avec le gaz naturel. Des systèmes de stockage et transfert d'énergie et de chaleur sont évoqués. Mais les réponses font également état d'une baisse sensible depuis cinq ans des investissements de R&D consentis par les compagnies gazières.

LA COMPETITION GAZ - ELECTRICITE

Pour les applications industrielles, le résultat de la compétition entre les différents combustibles est clair : dans tous les pays industrialisés, le gaz a pris un net avantage sur les fuels et le charbon. Il ne lui reste plus comme concurrent que l'électricité. Pour l'instant, en raison des prix relatifs de ces deux énergies, les industriels consomment plus de gaz que d'électricité, sauf au Japon où le prix du gaz est exceptionnellement élevé, et en Suède où c'est celui de l'électricité qui est particulièrement bas. Mais de multiples facteurs peuvent venir perturber la situation établie et tout le monde s'attend à ce que la compétition devienne de plus en plus serrée. Comme le secteur industriel est celui qui consomme le plus de gaz et qui recèle le plus grand potentiel de développement, l'enjeu est primordial pour les compagnies gazières.

Pour le comité de travail de l'UIG chargé d'étudier les perspectives gazières dans l'industrie, trois technologies se détachent comme étant les plus prometteuses : l'infrarouge, déjà mature mais susceptible de développements immédiats ; la combustion oxy-gaz pour les applications thermiques à très haute température, déjà disponible dans certains secteurs et qui présente un fort potentiel de pénétration à court terme ; et la combustion sans flamme à haute température, qui pourrait "révolutionner" la conception des fours et brûleurs dans les cinq prochaines années.

S'ADAPTER A LA QUALITE DU GAZ

En Europe, les diverses sources d'approvisionnement en gaz fournissent des produits de caractéristiques différentes et les consommateurs sont confrontés à des variations en cours d'année qui, si elles restent généralement dans les limites des spécifications réglementaires, peuvent provoquer quelques perturbations dans le fonctionnement d'équipements ou de procédés sensibles en raison des variations de température de flamme et de composition des gaz de combustion qui en résultent. C'est par exemple le cas de la production des fibres de verre où la modification de la teneur en oxygène libre au dessus du bain peut entraîner l'apparition d'imperfections dans le verre conduisant à des ruptures de fibres et donc à des pertes de production. D'où l'intérêt attaché aux différents moyens d'automatiser le réglage de la combustion en fonction des caractéristiques énergétiques du gaz reçu.

Ajoutons que la teneur en soufre, variable au départ selon les origines et renforcée volontairement par les gaziers pour des raisons de sécurité (odorisation), peut poser des problèmes de longévité des équipements dès qu'il y a un risque de condensation des fumées. L'expérience montre que la vitesse de corrosion (par exemple diminution de l'épaisseur d'une plaque) est à peu près proportionnelle à la teneur en soufre du gaz.

COGENERATION MOYENNE ET GRANDE

Au cours de ces cinq dernières années, la cogénération a connu un développement spectaculaire dans un grand nombre de pays, mais les prochaines années seront plus incertaines en raison de la dérégulation des marchés qui se traduit par des prix des énergies et d’accès aux réseaux moins prévisibles. La question à laquelle le groupe de travail présidé par Jean-Pierre Roncato (GDF) devait répondre était, dans ce contexte, la suivante : quelle sensibilité les projets de cogénération ont-ils aux principaux paramètres affectant leur temps de retour ? Les données recueillies proviennent de dix pays européens et du Japon.

Après avoir passé en revue la situation de la cogénération dans chacun des onze pays (conditions d’accès au réseau, fiscalité, subventions, réglementation,...), les experts ont étudié quatre cas d’école. Le premier cas est un hôpital, le deuxième et le troisième des unités industrielles, le dernier un réseau de chaleur urbain. Les deuxième et quatrième installations nécessitent un compresseur de gaz pour alimenter les turbines. L’analyse économique est accompagnée d’une évaluation des gains environnementaux concernant les émissions de CO2 et de NOx par comparaison avec la production séparée des mêmes quantités d’électricité et de chaleur. Deux centrales électriques ont été prises comme référence, l’une au charbon pulvérisé, l’autre à cycle combiné au gaz..

Les experts ont choisi pour chacun des quatre cas un pays représentatif dans lequel la rentabilité de la cogénération est relativement bonne. Ils ont ensuite étudié l’effet sur les recettes annuelles de trois scénarios de variation des prix :

-10% de baisse sur l’électricité vendue

-10% de baisse simultanément sur le prix du gaz acheté et de la chaleur vendue

-10% de baisse simultanée sur les trois prix.

Les résultats de ces simulations mettent en lumière l’extrême sensibilité au prix de l’électricité puisqu’une baisse de 10% peut entraîner une diminution de plus de 40% des recettes. Il montre aussi qu’une baisse simultanée et identique des prix du gaz et de l’électricité à un effet négatif sur la rentabilité de la cogénération. Au total, on remarque que les pays où la cogénération s'avère la plus rentable sont ceux où, à la date de l'étude, les prix des énergies étaient encore "administrés", ce qui ne manque pas de laisser planer une ombre sur l'avenir à court terme de la cogénération dans un contexte d'ouverture des marchés.

REFRIGERATION ET CONDITIONNEMENT D'AIR INDUSTRIELS

De 1997 à 1999, un groupe de travail de l'UIG s'est penché sur ces deux fonctions afin d'établir l'état de l'art et d'évaluer les perspectives de développement du gaz naturel en prenant en compte ses avantages et ses inconvénients techniques et économiques face à l'électricité. Si le gaz est peu présent sur l'important marché que représente le froid industriel, il s'est en revanche introduit sur celui du conditionnement d'air des grands immeubles (puissance frigorifique supérieure à 350 kW) - bureaux, hôtels, centres commerciaux, hôpitaux - grâce à sa disponibilité croissante et à l'arrivée de nouvelles techniques, notamment la trigénération. Cependant, ici aussi, la chute des prix de l'électricité résultant de l'ouverture des marchés laisse planer une ombre sur l'avenir.

Les développements actuellement en cours portent sur l'amélioration des performances (machines à absorption à triple effet avec COP de 1,35 par exemple, PAC entraînées par moteur à gaz avec COP de 1,3, moteurs céramiques avec rendement électrique de 46%,...), l'augmentation des puissances disponibles (machines à absorption de plus de 17 600 kW), la réduction des coûts des équipements (standardisation, packaging, compacité) et de la maintenance, la réduction des nuisances (émissions de NOx).

Article paru dans le Dossier Gaz du supplément technique d'Energie Plus n°251 du 15 septembre 2000

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