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Pilesà Combustible (ou « FCs » en anglais) – Vrai décollage en 2011, prévisions  2020 et tendance 2030

1 –Etat 2012 –

La puissance installée est déjà de plus de 250 MW en 2012

Depuis 2007 et surtout depuis 2009, la commercialisationdes FC (acronyme anglais de « fuel cell » pour une pile à combustible) s’est bien développée et de grandes sociétés comme Wal-Mart, Google ou Coca-Cola ont installé des FC aux USA pour produire de l’électricité (0,2 à 3 MW) ou faire
marcher leurs chariots électriques dans leurs entrepôts et usines (voir l'article sur les chariots électriques dans mon blog) : Il en est de même en Corée du Sud pour les petites centrales électriques ( 0,5 à 16 MW) (voir l’article sur la Corée)

Ces deux applications (petites centrales électriques et chariots électriques) deviennent
rentables en 2013 / 2014, tout comme les alimentations de secours pour les
télécoms et les chargeurs de batterie ou APU « unité auxiliaire de puissance »
pour les véhicules de loisirs. Signalons que certaines de ces applications sont déjà rentables depuis quelques années.

De plus, en 2009 / 2011 la technologie SOFC « solid oxide fuel cell » a eu ses premiers 10 MW installés aux USA et va dépasser 35 MW installés fin 2013 (grâce à Bloom Energy surtout).

2 – Prévisions 2020 –

2 -1– Puissance installée en 2020

Elle dépassera 2 GW en 2020, d’après les carnets de commande et les projets en cours !!

Malgré les crises financières mondiales l’expansion de ce type d’énergie va se poursuivre en 2013 / 2020. L’arrêt programmé (ou la baisse de l’importance du parc installé) de l’énergie nucléaire dans beaucoup de pays (RFA, Japon, Suisse, Italie, France, etc.) va encore accélérer ce mouvement. Par ailleurs, les USA, le Japon, la Corée du Sud, la Chine, le
Canada  et l’Europe du Nord sont en pointe pour les installations et la production des FC.

Des contrats et des développements sont en cours pour faire des FCs pour applications diverses et surtout pour des centrales électriques à FC de 0,2 à 100 MW avec une grande variété de combustibles:

-       A  partir du charbon après gazéification

-       De la biomasse solide ou liquide (déchets et traitement des eaux usées et unités de méthanisation agricoles inclus) ou gazéifiée : signalons encore ici que les FCs produisent de l’électricité avec des rendements doubles des systèmes à combustion et des niveaux de pollution bien inférieurs à ceux obtenus avec les procédés thermiques actuels à combustion.

-       De tous les carburants, fossiles ou bio (bio-méthanol par exemple), solides, liquides ou gazeux, avec un reformeur plus ou moins cher ou nécessaire suivant la technologie de la FC (cher et nécessaire avec la PEMFC et peu cher et pas nécessaire avec certains combustibles avec la SOFC ou la MCFC)

-       De l’H2 provenant du  stockage des énergies intermittentes comme l’éolien et le solaire fait sous forme d’H2 (son stockage dans des batteries serait trop volumineux et pas aussi efficace) produit par électrolyse de l’eau quand l’électricité produite est en excès et cet H2 va être utilisé dans les FCs (application en cours dans l'ile de Wight en UK, à Hawai et dans d'autres iles avec aussi alimentation en H2 des véhicules à H2, piles à combustible ou moteur thermique)

2 – 2 - Applications  compétitives en 2020 :

Les fortes baisses de coût depuis 10 ans, les gains de performance et de rendement, le passage à des procédés de production de grande série, la concurrence mondiale entre les principaux acteurs et les technologies de ce domaine, tous ces facteurs ont rendu les FC compétitives dans plusieurs applications telles que

-        la production d’électricité pour des petites centrales de 0,2 à 100 MW (plus de 200 MW installés déjà fin 2011), rentables déjà en 2013 / 2014

-       des alimentations de secours pour les télécoms (5 à 30 kW) (plus de 30 MW installés), rentables déjà en 2012.

-       les chariots électriques (plus de 10 MW) rentables déjà en 2012.

-       les chargeurs de batterie ou APU « unité auxiliaire de puissance » pour les véhicules de loisirs (plus de 3 MW), rentables déjà depuis 2010 dans certains cas (camping-cars).

-       le CHP « Combined Heat and Power » « Production combinée de chaleur et de puissance électrique » pour les appartements (unités de 1 à 5 kW) et les petits résidentiels ou commerciaux ( 10 à 30 KW), rentables vers 2015,  donnant un total de plus de 10 MW fin 2012 avec un fort développement au Japon, en Corée du Sud, en UK et RFA, etc.)

-       les APU, générateur d'électricité embarqué de 5 à 10 kW) pour alimenter tous les dispositifs électriques des PL à combustion interne (quand les moteurs de ceux-ci sont à l’arrêt), rentables vers 2015.

-       les prolongateurs d’autonomie pour BEV, rentables vers 2015 / 2017

-       Les applications en portable petite puissance (Smartphones, tablettes, etc.) ne sont pas traitées ici.

2 – 3 - Technologies en 2020 :

Deux anciennes technologies, AFC « Alkaline FC » et PAFC « Phosphoric Acid FC », vont peut-être disparaitre vers 2020. En PAFC la Société UTC Power continue, malgré tout,à être compétitive et par exemple installe une centrale de 6 MW en Corée du Sud en 2012 (après 0,8 MW chez Coca-Cola en 2011 et bien d'autres).

Quatre technologies, deux à basse température, PEMFC « Proton Exchange Membrane FC » et DMFC « Direct Methanol FC », et deux à haute température, MCFC « Molten Carbonate FC » et SOFC « Solid Oxide FC », couvrent bien toutes les applications et vont continuer à se développer et s’améliorer en
coût et performances.

La PEMFC est et va rester la plus importante, en particulier à cause de son application dans les transports. La variante HT - PEMFC à 160 °C environ au lieu de 95 °C pour la classique va se développer car nécessitant moins de périphériques et résistant mieux au poison CO; de plus cette variante va aussi être utilisée pour les RMFC "Reformed Methanol FC" qui utilise du méthanol comme
combustible avec un reformage en interne de la pile (cf. Serenergy FC au Danemark). Le méthanol peut être un carburant qui complète l'H2 dans les pays émergents ou aussi dans les très
grands pays car il peut être distribué comme les carburants liquides actuels et
il est bien moins cher que l'H2 (voir mon article sur le méthanol).

La SOFC « Solid Oxide FC » a commencé à être commercialisée en forte puissance en 2009 et convient très bien pour les petites centrales électriques de 0,5 à 10 MW et à 100 MW dans l'avenir (cf. Bloom Energy en Californie qui aura installé plus de 100 MW en 2020 et l'article sur cette société sur mon blog).

La MCFC est très présente aussi pour les centrales électriques de 0,5 à 10 MW en Californie et en Corée du Sud avec la société FC Energy aux USA et POSCO Power en Corée (un parc de 60 MW va y être installé en 2013)

La DMFC restera présente dans les applications de 100 W à 5 kW, en particulier  pour des chargeurs de batterie, embarqués (chariots électriques et véhicules de loisirs) ou non (industrie, etc.). Son
application en portable petite puissance (Smartphones, tablettes, etc.) n’est pas traitée ici.

 La MFC « Microbial FC » étant très récente, sera traitée dans le § sur les technologies en 2030.

2 – 4 - Pays en 2020 :

Les principaux pays ayant déjà en 2012 des industries de développement R&D et de fabrication de FC et des systémiers et intégrateurs seront les acteurs de cette industrie en 2020. Ils sont principalement les USA, le Canada, la Corée du Sud, le Japon, UK, RFA, Hollande, Italie et Suède / Danemark / Finlande et la Chine.

Les autres pays sont moins actifs dans ce domaine mais certains, comme l’Inde, ont néanmoins un programme d’installation de FC assez important en 2012.La Chine sera très importante vers 2015, tant en production qu’en installation de FC. La France n’a pas beaucoup d’activités dans ce
domaine, peut-être à cause de sa forte position en nucléaire mais cela peut évoluer en 2013 / 2015.

3 - Tendance 2030

3 – 1 – Puissance installée en 2030 et déploiement mondial

On peut prévoir pour 2030 une puissance installée de 5 à 15 GW.

Car ce sera le début d’un déploiement mondial : en effet, les prévisions de 2 GW en 2020 concernent  presque uniquement  les pays avancés mais les chiffres de 2030 doivent inclure les BRICS et les pays émergents, à savoir : Brésil, Russie, Inde, Chine, Afrique du Sud, Indonésie, Australie, Singapour et
Malaisie, Europe du Sud (France et les autres enfin !) et bien d’autres. Donc, suite à cette liste des pays qui ont besoin de cette technologie qui permet aussi, signalons-le,  une production et une distribution « répartie » en petites unités et reliées de façon intelligente « smart grids », la tendance de puissance installée en 2030 sera bien plus vers 10 à 15 GW !!

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 3 – 2 - Applications  compétitives en 2030 : les six principales applications prévues le seront alors :

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1 - Centrales électriques : de 0,2 à 100 MW +,

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2 - Alimentations de secours pour télécoms, data-centers, UPS, de 5 à 30 kW

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3 - Production combinée de chaleur et électricité ou CHP pour petits résidentiels et bâtiments commerciaux, de 1 à 30 kW

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4 - Propulsion des chariots électriques divers dans les usines, entrepôts, aéroports, etc.

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5 - Chargeurs embarqués de batteries ou APU « Unité Auxiliaire de Puissance » pour véhicules divers (VP, VL, BEV, loisirs et SUV), à moteur à combustion interne, hybride ou électrique ;  Chargeurs non 
embarqués de batteries pour l’industrie, la défense et autres installations fixes.

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6 - Propulsion des véhicules VP et Bus, la FC étant hybridée avec une batterie pour les accélérations et la récupération des énergies de freinage.

3 –3 - Technologies en 2030 : il y en aura encore 4 ou 5 :

-  PEMFC, de loin la plus importante, avec plus de 60% des sociétés importantes du marché et des installations  et couvrant toutes les applications.

-  SOFC, avec 25 %  et ne couvrant pas toutes les applications (par exemple pas du tout la n° 6)

-  DMFC, avec 8 %  et couvrant surtout les applications n° 4 et 5.

-  MCFC, avec 5 %  et couvrant surtout l’application n° 1

 - MFC « Microbial FC » est une nouvelle technologie de biopile qui utilise des bactéries comme catalyseurs pour oxyder sur des anodes  des composés organiques présents dans les eaux usées, les déchets alimentaires divers et les sols. Les premières sociétés industrielles ont été fondées en 2008 ; on doit en avoir moins de 10 dans le monde en 2013. Leur potentiel de CA pour 2030 sera examiné dans un article sur mon blog fin 2013.

4 – Suites à donner : une mise à jour sera faite début 2013.

Texte mis à jour le 17 septembre 2012, le 27 novembre 2012 et le 5 février 2013.