e-Mobility - un atout pour le réseau intelligent

Il existe différents types de véhicules électriques rechargeables (PEV), tels que les véhicules hybrides rechargeables, qui possèdent également un moteur à combustion, et les véhicules purement électriques. Avec le bon mix de production d'électricité, les PEV peuvent réduire drastiquement les émissions de CO₂ par rapport aux voitures traditionnelles à moteur à combustion, mais elles représentent encore un très faible pourcentage du stock total de voitures de tourisme, soit moins de 0,1%. Cependant, les parts de PEV ont augmenté au cours des dernières années [1]. En Norvège, où les politiques encouragent les consommateurs à acheter des PEV, les véhicules purement électriques ont représenté 12,5% du nombre total de véhicules nouvellement enregistrés en 2014 [2].

Du point de vue du réseau électrique, le nombre croissant de PEV peut présenter un défi : les habitudes des gens et les horaires quotidiens entra?neront probablement des pics de demande à certains moments de la journée, ce qui peut conduire à une congestion du réseau électrique ou à des tensions inférieures à la normale.

Mais les PEV ne représentent pas simplement une charge supplémentaire - ils pourraient également ajouter de la flexibilité au système. Les véhicules sont généralement garés la plupart du temps (plus de 90% du temps en moyenne), et le temps nécessaire pour recharger leurs batteries est généralement bien plus court que le temps pendant lequel ils restent garés. Par conséquent, la charge pourrait facilement être décalée dans le temps sans avoir d'impact négatif sur l'utilisateur. De plus, l'énergie stockée dans les batteries des véhicules pourrait être rechargée sur le réseau (c'est ce qu'on appelle le vehicle-to-grid, ou V2G), par exemple pour répondre à une demande de pointe. L'inconvénient du V2G est qu'il crée un cyclage supplémentaire des batteries, ce qui signifie également une dégradation plus rapide, de sorte que les utilisateurs auraient besoin d'une certaine forme de compensation pour l'usure de la batterie qui en résulte. Toutefois, d'autres améliorations de la technologie des batteries, par exemple de nouveaux matériaux (voir Actualités ETH : "Du verre pour les électrodes de batterie""), rendrait le V2G plus attractif. Pour exploiter la flexibilité de chargement des PEV, il est important d'utiliser des solutions logicielles et matérielles appropriées afin de garantir le respect du confort et de la vie privée des conducteurs.

Trends in the electrical grid

Alors que notre système énergétique devient de plus en plus dépendant des sources d'énergie renouvelable, les besoins en termes de réseau électrique évoluent également. Les énergies solaire et éolienne sont généralement incontr?lables, décentralisées et fluctuantes. En Suisse, la production d'électricité à partir de sources renouvelables autres que l'hydroélectricité a augmenté de 40% entre 2011 et 2013 [3, 4]. Comme la demande et l'offre d'électricité doivent être égales à tout moment, cette augmentation de l'électricité renouvelable entra?ne un besoin correspondant de ressources plus flexibles pour maintenir l'équilibre énergétique dans le réseau électrique. Les PEV pourraient fournir un stockage à court terme pour compenser les fluctuations quotidiennes, tandis que d'autres types de stockage sont nécessaires pour des périodes plus longues, par exemple pour équilibrer les variations saisonnières.

Une autre tendance est l'utilisation accrue des technologies de communication dans le réseau de distribution d'électricité, qui étaient auparavant principalement présentes dans le réseau de transmission à haute tension. Ces types de réseaux dotés de capacités de communication et de contr?le accrues sont appelés "smart grids". Les smart grids utilisent les technologies de communication pour créer un réseau électrique plus durable et plus fiable en intégrant mieux les ressources décentralisées telles que les panneaux solaires, les éoliennes et les batteries.

Par conséquent, l'interaction entre les PEV et les réseaux intelligents crée une interdépendance entre les réseaux de communication, d'électricité et de transport. Cela nécessite une approche holistique et interdisciplinaire pour mener des recherches dans ce domaine.

Utilisations possibles de la flexibilité de chargement (et de déchargement)

La flexibilité des PEV peut aider à réduire les co?ts des investissements dans le réseau au fil du temps, et donc les factures d'électricité, en permettant aux opérateurs de réseau de différer les investissements dans le réseau. Par exemple, les opérateurs pourraient attendre de remplacer un transformateur fortement chargé. Le réseau doit être suffisamment grand pour faire face à la pire des situations de charge. Les PEV peuvent être utilisés pour réduire les pics de charge, ou pour absorber la production excessive d'énergie solaire, atténuant ainsi les situations de charge extrême et/ou les problèmes de tension. Notre groupe de recherche étudie actuellement cette question dans le cadre du projet financé par l'UE page externePlanGrid EV.

Grid frequency regulation could also use of the flexibility provided by PEVs. Ce service maintient l'équilibre entre l'offre et la demande pour que la fréquence du système soit suffisamment proche de la valeur nominale, par exemple 50 Hz en Europe. D'après nos résultats du projet page externeTHELMA,qui étudie l'impact de la mobilité électrique en Suisse, les PEV pourraient fournir entre 35% et 73% des réserves de régulation nécessaires d'ici 2035.

Although the increasing penetration of PEVs could lead to challenges for the electric grid, PEVs can also be used as a valuable resource for the grid, for example to provide frequency regulation or to defer network investments. Toutefois, les systèmes que nous concevons pour exploiter la flexibilité de charge (et de décharge) des PEV doivent être acceptables pour les utilisateurs de PEV. De plus, nous avons besoin de politiques et de réglementations appropriées pour favoriser la participation des charges flexibles, telles que les PEV, dans les réseaux intelligents.