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Les enjeux techniques et économiques de l’injection du biométhane dans les réseaux de distribution de gaz naturel

La France a fait le choix historique d’investir dans des infrastructures gazières étendues pour les usages thermiques et intensifs. Le gaz en provenance de l’étranger arrive à quelques points frontières situés sur le réseau de transport. Il est ensuite acheminé, à travers des étages de pressions descendantes, jusqu’aux consommateurs finals : aujourd’hui, les flux gazeux ne transitent que dans un seul sens.

Depuis peu, la production et l’injection de biométhane dans les réseaux permet l’utilisation d’une énergie renouvelable, produite localement et qui contribue au développement économique des territoires. Elle nécessite une évolution forte du modèle des réseaux de distribution : demain, les réseaux de gaz accueilleront 500 à 1 400 sites de production décentralisée de biométhane (source : ADEME) qu’il conviendra d’acheminer, en été comme en hiver, jusqu’aux clients finals.

Les gestionnaires de réseaux, investis d’une mission de service public et acteurs de l’aménagement durable des territoires, ont choisi de se saisir de cette évolution et de jouer un rôle essentiel et reconnu dans la filière du biométhane. Pour cela, ils œuvrent à améliorer continuellement la faisabilité de l’injection, en s’appuyant sur leur savoir-faire gazier et en déployant l’innovation et une vision à long-terme. Ils partagent régulièrement et depuis 2009 avec les autres acteurs de la filière leurs enjeux et leurs avancées, notamment au sein du groupe de travail (GT) intitulé « Injection de biométhane » co-piloté par l’ADEME et GRDF.

À toutes les étapes du développement d’un site de production de biométhane, les gestionnaires de réseaux de distribution font face à des problématiques nouvelles

En phase amont du développement des projets, le gestionnaire de réseau doit indiquer les capacités d’injection disponibles. Pour cela, la conception du réseau de distribution est continuellement étudiée et questionnée. Les enjeux sont les suivants : à partir de l’infrastructure existante, comment maximiser les quantités de biométhane qui peuvent être injectées en garantissant la sécurité d’approvisionnement et un fonctionnement optimal du réseau ?

Lors du développement d’un projet d’injection, le gestionnaire de réseau réalise pour le porteur de projet des études (selon le degré d’étude, il s’agit d’une étude de faisabilité, détaillée ou de dimensionnement) afin de déterminer les quantités de biométhane qui pourront être injectées dans le réseau.

D’une part, à l’heure actuelle, le gaz ne peut « remonter » les étages de pression (absence de compression sur le réseau de distribution) et les volumes injectés doivent donc être inférieurs aux consommations de gaz sur la zone, été comme hiver.

D’autre part, le gestionnaire de réseau doit garantir une sécurité d’approvisionnement au risque 2 % (un hiver le plus froid tous les 50 ans) et opérer le réseau dans les plages de pressions pour lesquelles il a été dimensionné (sortir de la zone de pression engendrerait des coupures et incidents).

Ainsi, le gestionnaire de réseau étudie la cartographie des ouvrages situés à proximité du site de production et simule la modification des flux de gaz induites par l’addition d’un point d’injection selon son débit d’injection. Cette étude permet de fournir :

  • à destination du porteur de projet, les valeurs de débit (débit normatif et éventuel débit d’été, si des écrêtages sont nécessaires en période de faible consommation) que le réseau de distribution de gaz naturel peut absorber ;
  • pour le réseau, les réglages et modifications qu’il serait nécessaires d’apporter sur les autres postes de détente alimentant la zone (interfaces avec les étages de pression supérieurs) afin de permettre ces débits d’injection de biométhane tout en garantissant la sécurité d’approvisionnement et le fonctionnement optimal du réseau ;
  • éventuellement, une proposition supplémentaire de maillage (construction d’une portion de canalisation entre deux zones) qui permettrait d’augmenter les débits possibles.

La précision et la fiabilité de cette étude sont essentielles parce que le chiffre d’affaires du porteur de projet sera directement lié aux quantités injectées dans le réseau de distribution de gaz naturel. Cette étude inclut aussi la sensibilité éventuelle à quelques consommateurs importants qui pourraient fragiliser le projet s’ils changeaient d’énergie, réduisaient ou interrompaient leur activité. Une faible sensibilité témoigne d’un risque faible sur les débouchés de la production et rassure les financeurs. Enfin, cette étude évalue le coût du raccordement du projet au réseau.

Cartographie des réseaux de GRDF
à proximité du site d’injection du Sydeme (Morsbach)

Les zones de couleurs différentes correspondent à des étages de pression non reliés entre eux, alimentés par une canalisation du réseau de transport. Source : GRDF

Depuis début 2012, plus de 200 études ont été réalisées par GRDF. Elles induisent de repenser la manière d’exploiter le réseau, ainsi que les interactions entre les gestionnaires de réseaux. En effet, là où le gaz du réseau amont alimentait tous les clients du réseau de distribution, demain l’injection de biométhane devra être garantie et viendra limiter les quantités provenant du réseau amont. Une coordination poussée entre tous les opérateurs est donc cruciale pour garantir la sécurité d’approvisionnement des clients et le fonctionnement optimal des réseaux.

Par la suite, le gestionnaire de réseau construit et exploite le poste d’injection de biométhane ainsi que le raccordement de ce poste au réseau de distribution existant. Le poste d’injection permet au gestionnaire de réseau d’assurer, dans ce nouveau contexte qu’est l’injection décentralisée d’un biogaz épuré, les missions dont il a la responsabilité : garantir la qualité du gaz acheminé, mesurer les données nécessaires à la facturation entre les acteurs du marché, garantir la sécurité d’approvisionnement des clients finals.

Ce poste d’injection remplit quatre fonctions :

  • odoriser le biométhane (fonction qui peut éventuellement être réalisée par le producteur) : le biométhane est inodore. Pour être détectable en cas de fuite même très faible, il est, tout comme le gaz naturel, odorisé, grâce à l’ajout de tétrahydrothiophène (THT) avant son injection dans le réseau ;
  • contrôler en continu la qualité du biométhane : des mesures du Pouvoir calorifique supérieur (PCS), de l’indice de Wobbe (quotient entre le PCS du gaz et la racine carrée de sa densité par rapport à l’air), de la densité (d), du point de rosée eau (Tr), de la teneur en sulfure d’hydrogène (H2S), en oxysulfure de carbone (COS), en oxygène (O2), en dioxyde de carbone (CO2) et en THT, ainsi que la température du biométhane (t) sont effectués par les analyseurs situés dans le poste d’injection. Si l’une des mesures n’est pas conforme aux spécifications techniques du réseau, l’injection est automatiquement suspendue. Des contrôles ponctuels sont aussi effectués sur d’autres composants, non mesurables en ligne ;
  • réguler en pression l’injection : ce qui permet au biométhane d’être prioritaire sur les autres flux gazeux dans le réseau tout en maintenant une sûreté de fonctionnement du réseau ;
  • compter les quantités injectées, ce qui permettra au producteur de les facturer à son acheteur.

Poste d’injection de GRDF

Source : GRDF

Le retour d’expérience que GRDF fait sur les six projets qui injectaient à fin 2014 est très positif : la qualité du biométhane est conforme aux spécifications, les arrêts d’injection sont peu nombreux et de très courte durée, les quantités injectées sont supérieures ou égales à ce que les études avaient estimé.

Un cadre économique équilibré par des tarifs d’achat

Le gestionnaire de réseau facture au producteur et à coût réel (contrôlé par la CRE) les prestations suivantes :

  • études, raccordements au moment où ils sont réalisés ;
  • poste d’injection et coûts de réseaux associés pendant toute la durée d’injection par une redevance trimestrielle ;
  • contrôles ponctuels de qualité du gaz à leur réalisation, au cours de la vie du projet.

Les tarifs d’achat ont été décidés en concertation avec la filière et prennent en compte ces prestations dans les charges à couvrir par les producteurs. Les opérateurs gaziers sont engagés dans le développement de la filière biométhane. Comme elle fait pour le reste de ses missions, la CRE veille, par ailleurs, à ce que le gestionnaire de réseau agisse en opérateur efficient. Au quotidien, le groupe de travail « Injection du biométhane » permet aux opérateurs gaziers d’être transparents dans leurs actions et leurs enjeux avec tout le reste des acteurs de la filière.

Le poste d’injection est la propriété du gestionnaire de réseau, car il lui permet d’assurer les responsabilités qui lui incombent de par sa mission de service public. Le gestionnaire de réseau porte l’investissement et l’exploitation du poste d’injection et facture au producteur une redevance annuelle figurant dans le catalogue de prestations qui comprend trois composantes :

  • la mise à disposition du poste d’injection ;
  • sa maintenance (pièces, main-d’œuvre, déplacements, mises à niveau règlementaire, remplacement en fin de vie) ;
  • l’exploitation du réseau dans lequel le biométhane est injecté.

Le réseau en amont du poste d’injection est la propriété du producteur de biométhane, le réseau en aval du poste celui de l’autorité concédante.

Les perspectives de développement de la filière injection confortent l’importance des réponses apportées à ces enjeux

La feuille de route de l’ADEME prévoit la mise en service de 400 à 1 500 sites de production de biométhane injectant dans les réseaux d’ici à 2030, ce qui représenterait entre 12 et 30 TWh d’énergie chaque année.

Les gestionnaires de réseau continueront à jouer un rôle essentiel dans l’accompagnement de cette filière vertueuse. Pour cela, il s’agit :

  • de conseiller et d’accompagner au mieux les porteurs de projet, en leur assurant un traitement transparent et non-discriminatoire ;
  • d’anticiper, puis d’œuvrer activement à l’évolution nécessaire des réseaux en concertation avec tous les opérateurs et autorités concédantes.

Pour répondre de manière toujours plus pertinente aux enjeux de conception et d’exploitation des réseaux dans ce monde nouveau, de nombreux sujets sont aujourd’hui étudiés par les gestionnaires de réseaux et de nombreux chantiers sont lancés dans le cadre notamment du groupe de travail  « Injection de biométhane ». Ce sont des sujet techniques, sociologiques et stratégiques – comme par exemple le rebours, la gestion des priorités, des files d’attente et des capacités, les modalités d’injection centralisée en cas de production sur des sites multiples, l’acceptabilité locale des projets, la connaissance de la filière par le grand public. Tous permettront d’apporter des réponses aux enjeux de l’injection et tous bénéficient d’une implication forte et coopérative de la part des opérateurs gaziers.



Cette fiche a été rédigée par GRDF.




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