Aujourd’hui, l’évolution conjointe du mix électrique français vers les énergies renouvelables et l’augmentation du nombre de véhicules électriques est une véritable opportunité. Ces derniers peuvent être utilisés pour participer à l’équilibrage du système électrique et à la gestion des écosystèmes locaux au travers des solutions de Vehicule-to-Grid.
En effet, d’un côté, la stratégie bas carbone (SNBC) menée depuis 2015 au niveau national vise à la réduction des émissions de gaz à effet de serre de 40% en 2030 par rapport à 1990. Dans ce contexte, l’un des objectifs de la Programmation Pluriannuelle de l’ Energie (PPE) en termes de réduction de consommation primaire des énergies fossiles est de baisser de 20% cette consommation primaire d’énergie fossile en 2023 et de 35% en 2028 par rapport à 2012.
De l’autre côté, le secteur du transport représente près de 30% de la consommation énergétique en France et est responsable de près de 40% de nos émissions de gaz à effet de serre. L’utilisation des véhicules électriques est donc fortement encouragée et les récentes annonces du Président Macron, fin Mai 2020, pour soutenir l’industrie du véhicule électrique qui a fortement souffert de la crise du coronavirus, devraient relancer la demande de véhicules électriques en France. Ces mesures viennent en continuité des politiques progressivement été mises en place ces dernières années pour faire évoluer le secteur du transport (Prime à la conversion, bonus-malus écologique, création de zones à faibles émissions, nouvelles contraintes pour les constructeurs automobiles…). En effet, les véhicules électriques sont vus aujourd’hui comme la principale solution envisagée pour réduire les émissions de gaz à effet de serre du transport routier. Leur nombre grandissant en font une véritable opportunité dans le futur (5 millions à l’horizon 2030 et 7 à 16 millions d’unités en 2035 soit une part d’environ 40% du parc français de véhicules).
Dans ce contexte, le présent article s’adresse aux gestionnaires et propriétaires de systèmes de recharge électrique. Il a pour objectif de présenter les enjeux énergétiques liés à l’accélération de la pénétration des véhicules électriques. Notre expert Jean-Charles Bollotte nous explique les possibilités qu’offre le pilotage intelligent de ce type d’infrastructures, couplé à la prise en compte de leur environnement.
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1. L’enjeu majeur lié au développement des Véhicules Électriques
Un enjeu : combiner efficacement l’installation et le pilotage de la recharge dans le système existant
En parallèle des systèmes de pilotage, il est important d’analyser et d’identifier les synergies possibles entre la gestion de charge des véhicules électriques et leurs environnements immédiats. L’on peut ainsi imaginer que des couplages avec les systèmes d’autoconsommation locaux seront possibles ou encore des couplages avec les systèmes de gestion « intelligentes » de bâtiments.
Un exemple pour illustrer cet enjeu : le cas d’un supermarché
Pour un supermarché par exemple, le défi est de parvenir à allier deux actions :
- Coupler le nouveau système de recharge aux systèmes existants : ombrières (autoconsommation), climatisation et refroidissement…
- Trouver le bon pilotage de la recharge par rapport aux usages et au contrat de fourniture. Au niveau du pilotage de la recharge, différentes options sont déjà possibles : le pilotage tarifaire simple ; le pilotage dynamique ; et dans le futur, la participation à l’équilibrage du système électrique.
Toutefois, dans toutes ces options techniques, il est important de ne pas perdre de vue les souhaits des clients propriétaires de véhicule électrique par rapport à la recharge de ceux-ci. Le client (salarié livreur du supermarché ou consommateur qui vient faire ses courses) ne doit pas subir d’impact sur sa charge, dû à cette technique de pilotage : s’il doit charger sa voiture avec l’infrastructure du supermarché, le niveau de charge de son véhicule doit correspondre à ses attentes au moment de son départ. Par exemple, le niveau de charge à son départ ne doit pas être inférieur au niveau de charge à son arrivée sous prétexte qu’une opération d’effacement a eu lieu (ou alors moyennant rémunération s’il le souhaite). Ainsi le client final doit le voir comme un gain et non comme une perturbation.
Parmi les options de pilotage, une technique de gestion de la recharge pouvant être utilisée est le Vehicule-To-Grid ou V2G (véhicule qui est capable d’injecter du courant dans le réseau).
2. Le Vehicule-To-Grid (V2G) et ses solutions
Les acteurs technologiques des actifs de recharge ont mis en place des possibilités de recharge « bidirectionnelle » qui, couplées à la possibilité de faire des recharges rapides, permettent de piloter la recharge des véhicules électriques de manière intelligente ou « smart ».
Pour exemple, dans une station de recharge sans autoconsommation, située près d’un supermarché ou d’un centre commercial, il est important d’assurer un pilotage fin de la recharge de véhicules électriques : en plein été, si 5 Tesla ont besoin de se recharger en même temps, engendrant un important appel de puissance, la station subira une pointe de consommation avec un cout économique important. En alternative, cette station pourrait prolonger légèrement le temps de charge de ces véhicules en impactant faiblement le consommateur final. Cela lui permettra de lisser la consommation du site et d’éviter ce pic de puissance.
D’une manière globale, le pilotage de la recharge participera à l’équilibrage du système électrique en ajustant sa charge en fonction d’une consigne évolutive. Dans certains cas, la participation à l’équilibrage du système électrique sera coordonnée en fonction d’autres éléments présents dans l’environnement et directement en interaction avec la gestion de charge tels que des systèmes de stockage, de l’autoconsommation …
Ainsi, la recharge des véhicules électriques pourra être couplée à la gestion intelligente de buildings, être interfacée en partie aux systèmes de production d’énergie locale pour absorber des surplus de production, ou encore participer localement à la gestion de microgrids et réseaux intelligents (écoquartier, système insulaire, autoconsommation collective…)
Source : https://innovationatwork.ieee.org/
3. Les challenges rencontrés par les opérateurs de mobilité pour développer le V2G
En dehors des exigences métiers liées à la gestion de la charge des véhicules électriques, les principales problématiques d’optimisation seront :
- – la prise en compte des contraintes clients (temps de recharge souhaité, niveau de recharge…),
- – l’accès aux différents marchés électriques (mécanisme d’ajustement, mécanisme de réserve, marché de gros),
- – l’acquisition de compétences pour faire les arbitrages entre les différentes options de valorisations,
- – la capacité techniques à moduler la charge des véhicules électriques en fonction des contraintes externes.
L’un des enjeux de la valorisation de capacités énergétique sur les marchés électriques concerne la fiabilité des engagements proposés. Le non-respect de ceux-ci ayant des conséquences financières directes ou indirectes, il est important de minimiser le risque lié à ces contraintes réglementaires (pénalité, retrait d’agrément…).
L’une des solutions pour réduire l’exposition de ses engagements sur les marchés de l’énergie est l’intégration des capacités proposées au sein d’un ensemble dit « pool » agrégeant plusieurs types d’équipements flexibles, permettant à la fois de mutualiser les risques et réduire son exposition.
Depuis 2017, Energy Pool pilote un aggrégat « R1 Pool » de plusieurs sites industriels avec des charges discontinues, dites « discrètes », associées pour reconstituer un signal de réponse en fréquence continu. La particularité de ce Pool est la prise en compte des contraintes de nos clients. Ainsi, ce pool sollicite les équipements industriels sans perturber les process et programmes de production associées tout en fournissant une variation de puissance continue répondant aux besoins du système électrique.
De la même manière, Energy Pool est capable d’intégrer à ce Pool des clients Vehicule-To-Grid en prenant en compte leurs contraintes.
Energy Pool étudie actuellement pour le compte d’un opérateur de transport les gains potentiels liés au pilotage intelligent de la charge des actifs électriques de transport avec les implications inhérentes (gestion de puissance souscrite / prise en compte d’autoconsommation collective).
4. L’offre Energy Pool et la création de valeur pour les opérateurs de mobilité sur l’ensemble de la chaine de valeur du véhicule électrique
D’après le World Energy Outlook, les besoins globaux en flexibilité vont doubler d’ici 2040. Les besoins en équilibrage de réseau vont donc être de plus importants dans les années à venir et les besoins vont également descendre d’un niveau pour passer du niveau « Réseau de Transport » au niveau des « Réseaux de Distribution ».
Les infrastructures des réseaux de distribution vont donc probablement se retrouver confrontés à des appels de puissance locaux (pointes de consommations ; multiplication des bornes de recharges ; …) qui les incitent à mettre en œuvre des mécanismes de flexibilité.
Pour mettre en œuvre cette flexibilité au niveau des propriétaires ou gestionnaires de recharge électrique, et valoriser les capacités de charge/décharge des véhicules électriques, les éléments suivants doivent être pris en compte :
- – Besoins et confort du client final
- – Environnement local (smartgrids ; micro-grid ; autoconsommation ; flexibilité
- – Environnement global (intégration de pool ; contraintes réglementaires de participation aux marchés de l’énergie…).
- – Fiabilité des engagements proposés et pris.
Pour appréhender au mieux l’optimisation de l’ensemble de ces systèmes, il convient de les analyser en prenant en compte la chaine de valeur dans sa globalité.
Energy Pool propose d’assister les gestionnaires de recharge en travaillant avec eux sur les éléments suivants :
- – Une analyse énergétique globale sur la valorisation et l’optimisation des flexibilités, prenant en compte la charge des véhicules électriques, leurs environnements (mise en place de solution d’autoconsommation ; analyse de flexibilités locales…) et les contraintes associées telles que le confort client, les contrats de fournitures d’électricité, …
- – Un accompagnement dans la mise en place du plan d’action proposé par l’étude pour la certification envers le gestionnaire de réseau de transport (RTE) et l’assistance 24/7 au pilotage de ces capacités sans perturbations pour vos clients (conjointement avec les autres flexibilités identifiées).
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Jean-Charles BOLLOTTE coordonne chez Energy Pool les projets notamment liés à l’électromobilité et le stockage d’énergie, auprès de nouveaux clients, sur des marchés en France et à l’étranger.