Le plus grand projet d'hydrogène vert au monde – l'installation Kuqa de 260 MW de Sinopec au Xinjiang, dans le nord-ouest de la Chine – fonctionne à moins d'un tiers de sa capacité installée en raison de divers facteurs, notamment de certains problèmes de sécurité dans la conception du système, et d'une efficacité inférieure aux objectifs, a déclaré la maison de recherche NEF (BNEF) à Hydrogen Insight.
Les électrolyseurs alcalins – fournis par trois fabricants chinois différents : Cockerill Jingli (120 MW), Longi (80 MW) et Peric (60 MW) – ont chacun des problèmes techniques spécifiques, mais tous ont un problème commun lié à leur flexibilité, selon l'analyste de BNEF, Xiaoting Wang.
Elle confie à Hydrogen Insight que les trois fabricants ont promis une plage de fonctionnement comprise entre 30 et 100% du rendement nominal de leurs systèmes d’électrolyse. En d’autres termes, si la quantité d’énergie renouvelable alimentant les systèmes est inférieure à 30% de sa production maximale, les machines cessent de produire de l’hydrogène.
"Cependant, tous ces électrolyseurs ont échoué aux tests pour un fonctionnement de 30%", a déclaré Wang. « La plage de travail réelle pourrait être inférieure à 50-100%. »
Elle explique à Hydrogen Insight que le problème est intrinsèque à la conception du produit et lié aux matériaux utilisés.
Les électrolyseurs alcalins – fournis par trois fabricants chinois différents : Cockerill Jingli (120 MW), Longi (80 MW) et Peric (60 MW) – ont chacun des problèmes techniques spécifiques, mais tous ont un problème commun lié à leur flexibilité, selon l'analyste de BNEF, Xiaoting Wang.
Elle confie à Hydrogen Insight que les trois fabricants ont promis une plage de fonctionnement comprise entre 30 et 100% du rendement nominal de leurs systèmes d’électrolyse. En d’autres termes, si la quantité d’énergie renouvelable alimentant les systèmes est inférieure à 30% de sa production maximale, les machines cessent de produire de l’hydrogène.
"Cependant, tous ces électrolyseurs ont échoué aux tests pour un fonctionnement de 30%", a déclaré Wang. « La plage de travail réelle pourrait être inférieure à 50-100%. »
Elle explique à Hydrogen Insight que le problème est intrinsèque à la conception du produit et lié aux matériaux utilisés.
BNEF s'attend à ce que le projet Kuqa interroge de nombreux investisseurs potentiels dans l'hydrogène vert, en particulier les développeurs internationaux envisageant d'importer des électrolyseurs moins chers fabriqués en Chine.
Dans une cellule d'électrolyseur électrique, l'oxygène est produit à l'anode et l'hydrogène à la cathode, tandis que la membrane située entre les deux est chargée d'empêcher le mélange et l'explosion des gaz.
En réalité, la membrane n’est pas parfaite et un mélange de gaz se produit partiellement, notamment du côté de l’anode, car les molécules d’hydrogène sont infiniment petites et traversent la membrane plus facilement. Mais cela ne pose pas de problème si la concentration d'hydrogène dans l'oxygène peut être contrôlée en dessous de 1,8 %, ce qui peut être obtenu lorsque les électrolyseurs sont alimentés électriquement de façon adéquate.
Le problème survient lorsque l’électricité fournie est inférieure à la valeur normale de fonctionnement : le volume de génération d’oxygène est réduit de manière presque linéaire, tandis que la quantité d’hydrogène pouvant traverser la membrane est moins affectée et reste relativement élevée. L’effet net est que la concentration d’hydrogène dans l’oxygène augmente, pouvant entraîner une explosion.
Les trois fabricants utilisent « pratiquement les mêmes matières et ont la même structure interne, c’est donc une question structurelle », explique Wang.
« Le résultat est donc un problème de sécurité qui limitera la plage de fonctionnement. Le bilan économique déjà médiocre du projet Kuqa va probablement s’aggraver. ». L’analyste basé à San Francisco a écrit dans une note récente aux abonnés de BNEF : « BNEF s’attend à ce que le projet Kuqa alarme de nombreux investisseurs potentiels dans l’hydrogène vert, en particulier les développeurs internationaux qui envisagent d’importer des électrolyseurs moins chers fabriqués en Chine. »
Wang ajoute que la société d'État Sinopec est désormais « en train d'ajuster l'ensemble de l'algorithme de fonctionnement ». Cela signifie qu'au lieu de faire fonctionner tous les électrolyseurs au même état, comme prévu, l'unité de contrôle imposerait le fonctionnement de certains électrolyseurs tout en mettant d'autres au ralenti, afin d'éviter de faire fonctionner les électrolyseurs en dessous de 50% de leur rendement nominal.
Si le passage d’une « gestion intra-électrolyseur » à une « gestion inter-électrolyseur » semble réalisable, la mise sous et hors tension des piles plus fréquemment augmentera leur dégradation, raccourcissant ainsi leur durée de vie, explique-t-elle.
La société mère de Cockerill Jingli, John Cockerill, basée en Belgique, a déclaré qu'elle ne pouvait pas commenter la question en raison d'un accord de non-divulgation avec Sinopec.
Cependant, Fabien Tordeur, vice-président de la stratégie de John Cockerill, a déclaré à Hydrogen Insight : « Il est à noter qu’il s’agit du premier projet de cette envergure jamais mis en œuvre au monde, le retour d’expérience nous donne un avantage majeur par rapport à nos concurrents. »
Dans une cellule d'électrolyseur électrique, l'oxygène est produit à l'anode et l'hydrogène à la cathode, tandis que la membrane située entre les deux est chargée d'empêcher le mélange et l'explosion des gaz.
En réalité, la membrane n’est pas parfaite et un mélange de gaz se produit partiellement, notamment du côté de l’anode, car les molécules d’hydrogène sont infiniment petites et traversent la membrane plus facilement. Mais cela ne pose pas de problème si la concentration d'hydrogène dans l'oxygène peut être contrôlée en dessous de 1,8 %, ce qui peut être obtenu lorsque les électrolyseurs sont alimentés électriquement de façon adéquate.
Le problème survient lorsque l’électricité fournie est inférieure à la valeur normale de fonctionnement : le volume de génération d’oxygène est réduit de manière presque linéaire, tandis que la quantité d’hydrogène pouvant traverser la membrane est moins affectée et reste relativement élevée. L’effet net est que la concentration d’hydrogène dans l’oxygène augmente, pouvant entraîner une explosion.
Les trois fabricants utilisent « pratiquement les mêmes matières et ont la même structure interne, c’est donc une question structurelle », explique Wang.
« Le résultat est donc un problème de sécurité qui limitera la plage de fonctionnement. Le bilan économique déjà médiocre du projet Kuqa va probablement s’aggraver. ». L’analyste basé à San Francisco a écrit dans une note récente aux abonnés de BNEF : « BNEF s’attend à ce que le projet Kuqa alarme de nombreux investisseurs potentiels dans l’hydrogène vert, en particulier les développeurs internationaux qui envisagent d’importer des électrolyseurs moins chers fabriqués en Chine. »
Wang ajoute que la société d'État Sinopec est désormais « en train d'ajuster l'ensemble de l'algorithme de fonctionnement ». Cela signifie qu'au lieu de faire fonctionner tous les électrolyseurs au même état, comme prévu, l'unité de contrôle imposerait le fonctionnement de certains électrolyseurs tout en mettant d'autres au ralenti, afin d'éviter de faire fonctionner les électrolyseurs en dessous de 50% de leur rendement nominal.
Si le passage d’une « gestion intra-électrolyseur » à une « gestion inter-électrolyseur » semble réalisable, la mise sous et hors tension des piles plus fréquemment augmentera leur dégradation, raccourcissant ainsi leur durée de vie, explique-t-elle.
La société mère de Cockerill Jingli, John Cockerill, basée en Belgique, a déclaré qu'elle ne pouvait pas commenter la question en raison d'un accord de non-divulgation avec Sinopec.
Cependant, Fabien Tordeur, vice-président de la stratégie de John Cockerill, a déclaré à Hydrogen Insight : « Il est à noter qu’il s’agit du premier projet de cette envergure jamais mis en œuvre au monde, le retour d’expérience nous donne un avantage majeur par rapport à nos concurrents. »
Friction interne
Wang affirme que les problèmes à Kuqa provoquent des frictions au sein du groupe Sinopec.
« Il existe deux filiales de Sinopec : l’une responsable de la construction et de l’exploitation de l’installation d’hydrogène vert, et l’autre qui exploite la raffinerie de pétrole existante [où seront consommées les 20.000 tonnes d’H2 renouvelables attendues par an] », explique Wang.
« La seconde a donc fermé son installation traditionnelle de production d’hydrogène, basée sur le reformage du gaz naturel et espère obtenir un approvisionnement stable en hydrogène de la première.
"À l'heure actuelle, la deuxième filiale à des problèmes importants, car elle ne peut pas obtenir l'hydrogène dans le volume prévu."
Selon BNEF, le projet est alimenté par 361 MW de panneaux solaires spécialement conçus, avec un apport d'énergie éolienne supplémentaire, provenant du réseau local.
Mais Wang clarifie ce point en disant : « Ils essaient de réduire leur dépendance à l'égard du réseau lorsque leur centrale solaire génère moins d'énergie que la demande nominale de l'électrolyseur, car les coûts de l'électricité du réseau seront plus élevés, ce qui fera grimper le coût de l'électricité ».
Un problème pour le marché chinois des électrolyseurs
Selon les statistiques rapportées par BNEF en août, les trois plus grands fabricants d'électrolyseurs, en termes de capacité annuelle d'assemblage de piles, qui seront mises en service d'ici fin 2023, sont tous chinois.
La plus ancienne marque chinoise d'électrolyseurs, Peric, ajoute 2 GW supplémentaires à son installation existante de 1,5 GW, pour un total de 3,5 GW.
Le deuxième plus grand fournisseur d'onduleurs solaires au monde (après Huawei), Sungrow, ajoute également 2 GW à son installation de 1 GW. Longi – mieux connu comme l'un des principaux fabricants de panneaux solaires – occupe la troisième place avec 2,5 GW, y compris l'usine de 1,5 GW déjà en activité et 1 GW supplémentaire qui devait être ajouté cette année.
Cependant, sur la base de conversations récentes, que Wang a eues avec ces sociétés, elles reportent toutes la mise en service officielle des nouvelles lignes à 2024, en raison du manque de commandes suffisantes pour justifier une expansion immédiate.
Il a été largement prédit – y compris par le BNEF – que les électrolyseurs chinois bon marché seraient de plus en plus utilisés dans les projets occidentaux d’hydrogène vert, en raison de leur coût initial inférieur à celui des marques non chinoises, même s’ils sont moins efficaces. BNEF a appris que les fabricants chinois réviseraient la conception de leurs produits et utiliseraient des composants différents pour répondre aux demandes des clients internationaux.
Cette crainte a même suscité de multiples appels à l’UE pour qu’elle empêche les électrolyseurs chinois d’entrer sur le marché européen, notamment de la part de Raphael Tilot, PDG de John Cockerill Hydrogen.
Mais le fait que les trois plus grands fabricants chinois d’électrolyseurs rencontrent les mêmes problèmes de flexibilité avec leurs équipements, pourrait inciter les développeurs internationaux à être plus prudents quant à l’achat de modèles chinois.
Kuqa ne devrait pas rester longtemps le plus grand projet opérationnel au monde. Un autre projet Sinopec, environ un tiers plus grand, est déjà en construction à Ordos, en Mongolie intérieure, en Chine, mais on ne sait pas quand il sera achevé, et la société a également annoncé un projet d'hydrogène vert de 20 milliards de yens (2,8 milliards de dollars) à Inner. La Mongolie va pomper 100 000 tonnes de H2 par an via un nouveau pipeline de 400 km jusqu'à Pékin.
Selon les statistiques rapportées par BNEF en août, les trois plus grands fabricants d'électrolyseurs, en termes de capacité annuelle d'assemblage de piles, qui seront mises en service d'ici fin 2023, sont tous chinois.
La plus ancienne marque chinoise d'électrolyseurs, Peric, ajoute 2 GW supplémentaires à son installation existante de 1,5 GW, pour un total de 3,5 GW.
Le deuxième plus grand fournisseur d'onduleurs solaires au monde (après Huawei), Sungrow, ajoute également 2 GW à son installation de 1 GW. Longi – mieux connu comme l'un des principaux fabricants de panneaux solaires – occupe la troisième place avec 2,5 GW, y compris l'usine de 1,5 GW déjà en activité et 1 GW supplémentaire qui devait être ajouté cette année.
Cependant, sur la base de conversations récentes, que Wang a eues avec ces sociétés, elles reportent toutes la mise en service officielle des nouvelles lignes à 2024, en raison du manque de commandes suffisantes pour justifier une expansion immédiate.
Il a été largement prédit – y compris par le BNEF – que les électrolyseurs chinois bon marché seraient de plus en plus utilisés dans les projets occidentaux d’hydrogène vert, en raison de leur coût initial inférieur à celui des marques non chinoises, même s’ils sont moins efficaces. BNEF a appris que les fabricants chinois réviseraient la conception de leurs produits et utiliseraient des composants différents pour répondre aux demandes des clients internationaux.
Cette crainte a même suscité de multiples appels à l’UE pour qu’elle empêche les électrolyseurs chinois d’entrer sur le marché européen, notamment de la part de Raphael Tilot, PDG de John Cockerill Hydrogen.
Mais le fait que les trois plus grands fabricants chinois d’électrolyseurs rencontrent les mêmes problèmes de flexibilité avec leurs équipements, pourrait inciter les développeurs internationaux à être plus prudents quant à l’achat de modèles chinois.
Kuqa ne devrait pas rester longtemps le plus grand projet opérationnel au monde. Un autre projet Sinopec, environ un tiers plus grand, est déjà en construction à Ordos, en Mongolie intérieure, en Chine, mais on ne sait pas quand il sera achevé, et la société a également annoncé un projet d'hydrogène vert de 20 milliards de yens (2,8 milliards de dollars) à Inner. La Mongolie va pomper 100 000 tonnes de H2 par an via un nouveau pipeline de 400 km jusqu'à Pékin.
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