Le véhicule électrique, chantier de la conception des réseaux de distribution d'électricité du futur. Journée GDR ISIS/MACS/SEEDS «Smart Grids : Enjeux Scientifiques» 7 Octobre 2011 Deux thèmes sont développés dans cet exposé : 1. Maîtrise éco-environnementale de la recharge des véhicules 2. Perspective de développement de l'écosystème de données 1
Il faut éviter d'accroître les appels de puissance La conjonction de nombreuses recharges de véhicules avec les autres besoins de consommation a un impact économique et environnemental important : en moyenne nationale : besoin de centrales de production "de pointe", coûteuses et productrices de CO2 en moyenne régionale ou locale : besoin de renforcer des ouvrages de réseaux (postes de transformation ou lignes) les coûts pèsent sur le prix de l'électricité payé par tous les consommateurs. Les recharges des véhicules électriques doivent être régulées (temps et puissance) en conséquence, compte tenu de leur caractère erratique. Leurs caractéristiques s'y prêtent. 2
Reporter les recharges de véhicules dans les creux de la consommation nationale comme dans les creux de charge des réseaux va nécessiter une régulation affinée. Courbe de charge nationale : elle est fortement liée au climat et aux périodes d'activité. La forme dépend du type de jour : ouvré -> chômé Le niveau est fortement lié à la température : la pointe d'un jour peut être inférieure au creux d'un autre jour, même en hiver. Courbe de charge locale : la forme dépend en outre du territoire desservi et les pointes ne sont pas synchrones. 100% 3
Développement intensif de la production raccordée au réseau de distribution d'électricité ERDF. A fin mars 2011 : 11 179 MW en service, dont 5 517 MW éolien et 1 146 MW photovoltaïque. A fin juin 2011 : 11 725 MW en service, dont 5 732 MW éolien et 1 473 MW photovoltaïque. Croissance ~ 1800 MW/an. 4
70% Volatilité de la production éolienne : exemple de la productibilité instantanée du parc français 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Février à juin 2011 par pas horaire 5
Volatilité de la production photovoltaïque, et de la consommation : Exemple d'alimentation d'une île, par le réseau et par production PV, deux jours différents d'une semaine de juin. 140 Puissance 120 100 Consommation totale, jour 1 de semaine 80 60 40 Consommation totale, jour 2 de la même semaine Comblement d'écart par le réseau 20 0 Production PV, jour 1 de semaine Production PV, jour 2 de la même semaine 00:00 02:00:00 04:00:00 06:00:00 08:00:00 10:00:00 12:00:00 14:00:00 16:00:00 18:00:00 20:00:00 22:00:00 heure 6
Evolution des services de réseaux avec l'injection de productions volatiles sur le réseau de distribution THT MT Etc BT et autres Entreprises Locales de Distribution 50 Hertz Equilibre global par RTE entre production et consommation : régulation en fréquence (Hertz) Flux alternés Consommation locale Puissance de réseau Injection d'énergie 240 Volts 230 Volts 220 Volts 210 Volts Tenue de la tension par le Distributeur limites règlementaires + Respect de la capacité maximale de transit de chaque ouvrage. 7
Les réseaux vont devoir réaliser une nouvelle optimisation Grands réseaux interconnectés, équilibre global consommation/production Réseau de Distribution d'electricité Services du réseau : Accès au marché des Fournisseurs Comptages et reconstitution des flux d'énergie, transmission de données Apport d'énergie complémentaire Evacuation d'énergie en surplus Tenue de tension et fréquence Qualité de l'alimentation (disponibilité, creux de tension, compatibilité électromagnétique ) Secours et dépannages Éco-cité Pour réaliser un optimum géré localement, avec le développement : de productions locales d'électricité à base d'énergies renouvelables, de véhicules électriques, de stockages, de nouvelles régulations des usages 8
Le développement des véhicules électriques est en concordance avec celui de la production locale à base d'enr Energies renouvelables Variabilité instantanée fonction de la situation climatique, sans relation avec les besoins. Pas de capacité de stockage tampon. Véhicules électriques : valorisation des batteries Modulation possible de l'instant de recharge Modulation de la puissance, à la baisse ou à la hausse Réinjection potentielle sur le réseau. Complémentarité, utile à l'équilibre énergétique local. MT Ensemble des Consommations EnR disponible +40 +30 +20 +10 +00-10 BT Puissance disponible au point de charge (kw) 9
Des solutions économiques et techniques à développer pour réguler les recharges Au stade de la conception et l'installation, régulation par le prix : Répercussion des coûts de raccordement et renforcement en fonction des puissances maximales demandées et de la capacité à écrêter ses pointes, Conception et choix de tarifs à postes de puissance horosaisonnalisés et à pointe mobile. Au moment de la recharge, pilotage temps réel : Communication entre la borne et le réseau pour connaître les contraintes ou opportunités Asservissement par automate local en fonction de la valeur de la tension réseau, voire de la fréquence, ou même de la température (qui détermine l'ampleur des pointes) Combinaison des deux Installation de gestionnaires d'énergie programmables. Développements techniques, évolution de la régulation, concertation et communication entre acteurs (véhicules et installations compatibles ) 10
L'émergence d'opérateurs de "mobilité électrique" et des "services d'itinérance", pour un accès aisé aux points de charge. élargit l'écosystème des données de consommations. Gestionnaire de service de recharge X Point de livraison et de choix de Fournisseur PdC PdC PdC PdC PdC Fournisseur d'électricité Flux de données de comptage Contrôle d'accès Paiement Client Gestionnaire de service de recharge Y Fournisseur d'électricité Gestionnaire de réseau de distribution par zone géographique Point de livraison et de choix de Fournisseur Contrôle d'accès Paiement PdC PdC PdC PdC PdC Client Paiement Opérateurs de mobilité "sans frontière" Gestionnaire de service de recharge Z Fournisseur d'électricité Point de livraison et de choix de Fournisseur Contrôle d'accès Paiement PdC PdC PdC PdC PdC Client 11
Développement des échanges de données concernant la recharge. Producteurs de services Services au client Gestionnaires de bornes Opérateurs de mobilité Gestionnaires de réseaux Fournisseurs d'électricité Ajustement Agrégateurs Localisation des bornes, disponibilité, réservation (POI/GPS) Identification client Requête (puissance, temps, priorité ) Recharge Paiement de la recharge Traitement de données, certification 12
Perspective des échanges de données entre opérateurs pour la production des services autour de la mobilité électrique. Fournisseurs d'électricité DC DS (éventuel) DS Opérateur de Mobilité Electrique DS Autres Opérateurs de Mobilité : - Transports en commun - Stationnement - Etc. DC DS DS RTE DC ERDF DC P D L Gestionnaire de Services de Recharge DC DS 1 ou X bornes DC DS Mécanisme d'ajustement et agrégateurs Réseau Public de Distribution DC DS = Données de services dans le cadre contractuel entre acteurs des services de mobilité. Prod EnR Stockage Données de services du système électrique = Données d'ajustement (réduction/augmentation de puissance, décalage temporel ) DC = Données de comptage 13
Récapitulation : les conditions de réalisation du développement des véhicules électriques Une économie globale créatrice de valeur Un effort financier de mise en œuvre, avec les régulations appropriées Une conduite progressive dans une vision de long terme Une démarche pragmatique, adaptée aux évolutions techniques et économiques. Merci de votre attention 14