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L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux

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L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux

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La transition énergétique entraine son lot de (r)évolutions qui impactent les réseaux, que ce soit au niveau « micro », « méso » ou « macro » … À l’occasion de cette rencontre-conférence, deux experts partageront leurs observations.

D’abord, au niveau local

En plus d'une augmentation de la production d'électricité renouvelable, beaucoup de scénarios de transition énergétique prévoient un usage croissant de l'électricité pour la mobilité et le chauffage. Mais ces scénarios de planification énergétique minimisent souvent l'impact de cette évolution sur les réseaux électriques. Par exemple, une pénétration importante de la production photovoltaïque dans un réseau de distribution peut provoquer des surtensions et nécessite donc soit une réduction momentanée de la production, soit un renforcement du réseau, soit une gestion de la demande. Du côté de la demande, la pénétration croissante des pompes à chaleur et véhicules électriques peut aussi provoquer des problèmes dans les réseaux. Dans cette présentation nous prendrons l’exemple d’un morceau de réseau de distribution basse-tension (une rue), analyserons dans quelle mesure ces effets se compensent, et quelles sont les solutions pour la gestion du réseau.

Ensuite, à l’échelle d’une ville

En complément des nouveaux usages de mobilité (basés sur les services) et des ambitions affichées de transfert modal, l’électrification des véhicules particuliers va considérablement impacter les villes. Pour accompagner cette transition, les villes doivent tenir compte des différents usages et besoins d’utilisateurs pour dimensionner les futurs réseaux de recharge pour véhicules électriques. Ce dimensionnement doit à la fois considérer les besoins des utilisateurs sans se substituer aux infrastructures privées, être suffisamment développé sans être surdimensionné, en se souciant des évolutions technologiques à venir, et, enfin, doit tenir compte des capacités techniques du réseau et de la manière d’optimiser la gestion de la recharge.



La transition énergétique entraine son lot de (r)évolutions qui impactent les réseaux, que ce soit au niveau « micro », « méso » ou « macro » … À l’occasion de cette rencontre-conférence, deux experts partageront leurs observations.

D’abord, au niveau local

En plus d'une augmentation de la production d'électricité renouvelable, beaucoup de scénarios de transition énergétique prévoient un usage croissant de l'électricité pour la mobilité et le chauffage. Mais ces scénarios de planification énergétique minimisent souvent l'impact de cette évolution sur les réseaux électriques. Par exemple, une pénétration importante de la production photovoltaïque dans un réseau de distribution peut provoquer des surtensions et nécessite donc soit une réduction momentanée de la production, soit un renforcement du réseau, soit une gestion de la demande. Du côté de la demande, la pénétration croissante des pompes à chaleur et véhicules électriques peut aussi provoquer des problèmes dans les réseaux. Dans cette présentation nous prendrons l’exemple d’un morceau de réseau de distribution basse-tension (une rue), analyserons dans quelle mesure ces effets se compensent, et quelles sont les solutions pour la gestion du réseau.

Ensuite, à l’échelle d’une ville

En complément des nouveaux usages de mobilité (basés sur les services) et des ambitions affichées de transfert modal, l’électrification des véhicules particuliers va considérablement impacter les villes. Pour accompagner cette transition, les villes doivent tenir compte des différents usages et besoins d’utilisateurs pour dimensionner les futurs réseaux de recharge pour véhicules électriques. Ce dimensionnement doit à la fois considérer les besoins des utilisateurs sans se substituer aux infrastructures privées, être suffisamment développé sans être surdimensionné, en se souciant des évolutions technologiques à venir, et, enfin, doit tenir compte des capacités techniques du réseau et de la manière d’optimiser la gestion de la recharge.

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L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux

  1. 1. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 La consommation des véhicules La puissance à la recharge Temporalité et appels de puissance Le choix du chargeur Répondre aux besoins Les évolutions technologiques Dimensionner et localiser Piloter la demande
  2. 2. Mardi, 6 décembre 2022 L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux Bertrand Cornélusse, Chargé de Cours (Institut Montefiore, ULiège) Thibaud Hilmarcher, Expert en Mobilité Décarbonée (Tractebel)
  3. 3. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :
  4. 4. L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux D’abord au niveau local 2022-12-06 Bertrand Cornélusse – Chargé de cours – smart microgrids - ULiège 1
  5. 5. Scénarios de transition énergétique • Presque plus d’utilisation des énergies fossiles • Place de l’électricité plus importante dans le mix énergétique • Exploitation des énergies renouvelables • Exploitation de l’énergie nucléaire • Baisse de la consommation • Amélioration de l’efficacité • Sobriété 2 Source : Futurs énergétiques 2050 - Principaux résultats – RTE – Octobre 2021
  6. 6. Tendances au niveau local • Sur les toits des maisons, des entreprises, etc. Production d’électricité décentralisée • Pompes à chaleur Electricifcation du chauffage • Vélos électriques, trotinettes électriques, voitures électriques, etc. Electrification de la mobilité 3
  7. 7. Bilan énergétique et CO2 4 Avant : Environ 40 MWh Dont 90 % fossil Après : Environ 20 MWh Dont 70 % électrique produit à partir de sources renouvelables (?) Diviser par 2 voire 4 l’empreinte carbone liée à sa maison et ses déplacements en voiture 13.5
  8. 8. Evolution de la consommation d’électricité 5 13.5 4 MWh
  9. 9. Puissance consommée, puissance produite, interaction avec le réseau 6
  10. 10. 7 What is this?
  11. 11. 8 Synchronisation journalière
  12. 12. 9 Saisonnalité
  13. 13. Problèmes de tension 10
  14. 14. Opportunités de flexibilité 11 Pilotage de la recharge des véhicules Equilibrage des phases Chauffage « intelligent » Stockage stationnaire Gestion de la puissance – délestage Convertisseurs de puissance, diagramme PQ Vehicle to grid (V2G)?
  15. 15. Pour utiliser la flexibilité, il faut être capable de prédire et de contrôler 13 Source: Dumas, Jonathan. "Microgrid management with weather-based forecasting of energy generation, consumption and prices." (2021). PhD thesis, ULiège.
  16. 16. Opportunités de flexibilité Pilotage de la recharge des véhicules Equilibrage des phases Chauffage « intelligent » Stockage stationnaire Gestion de la puissance – délestage Convertisseurs de puissance, diagramme PQ Vehicle to grid (V2G)? 14
  17. 17. Dimensionnement énergétique optimal 15 Source: Dakir, Selmane, and Bertrand Cornélusse. "Combined thermal and electrical optimization for the sizing of residential microgrids." 2022 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2022 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC/I&CPS Europe). IEEE, 2022. Données Modèles Apprentissage Optimisation
  18. 18. Du point de vue du réseau local 16
  19. 19. Opportunités de flexibilité Pilotage de la recharge des véhicules Equilibrage des phases Chauffage « intelligent » Stockage stationnaire Gestion de la puissance – délestage Convertisseurs de puissance, diagramme PQ Vehicle to grid (V2G)? 17
  20. 20. Impact sur les réseaux 18
  21. 21. 19 Source: Randles, D., By, P., Navarro Espinosa, A., & Ochoa, L. (2015). Low voltage Network Models and Low Carbon Technology Profiles. www.enwl.co.uk/lvns.
  22. 22. Opportunités de flexibilité Pilotage de la recharge des véhicules Equilibrage des phases Chauffage « intelligent » Stockage stationnaire Gestion de la puissance – délestage Convertisseurs de puissance, diagramme PQ Vehicle to grid (V2G)? 20
  23. 23. Optimisation distribuée – flexibilité des convertisseurs 21 Source: working paper avec Antonin Colot et Thomas Stegen, ULiège
  24. 24. Some results on a 100-bus network 22
  25. 25. Validation sur un système de “Hardware-in- the loop” 23 Source: working paper avec Bastien Ewbank, ULiège
  26. 26. Conclusion 24 Transition • Augmentation significative des usages de l’électricité Beaucoup d’opportunités • Production locale • Sources de flexibilités • Stockage Beaucoup de challenges: toute la production ne peut être locale • Recherche de solutions intelligentes • Transition des réseaux de distribution / transport : monitorer, augmenter la capacité • Réforme des règles de marché (e.g. communauté d’énergie, P2P) • Modernisation des grid-codes • E.g. capturer la flexibilité des onduleurs (contrôle actif et réactif, équilibrage de phases, …)
  27. 27. Remerciements 25 Geoffrey Bailly, Ph.D. student Impact des LCT sur les réseaux Antonin Colot, Ph.D. student Optimisation distribuée, modèles de convertisseurs Selmane Dakir , Ph.D. student Dimensionnement des microgrids Jonathan Dumas, Ph.D. Prévision et optimisation sous incertitude Bastien Ewbank, Ph.D. student Contrôle distribué, hardware-in-the-loop Thomas Stegen, Ph.D. student Optimisation distribuée, communautés d’énergie
  28. 28. CONFIDENTIAL RESTRICTED PUBLIC INTERNAL 06 décembre 2022 L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux à l’échelle d’une ville
  29. 29. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022
  30. 30. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 Selon Bloomberg, 50% des véhicules vendus en Belgique seront électriques l D’ici à 2025 o BMW va lancer 25 modèles électriques o VW > 75 nouveaux modèles élec o Volvo > vise 50 % de ventes électriques
  31. 31. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 Batterie Chargeur Réseau
  32. 32. INTERNAL l En 2022, la grande majorité des VE offrent 300kms d’autonomie en usage mixte répondant à 95% des usages. l En ville cette autonomie est même supérieure l La tendance du marché est tout de même d’aller vers des véhicules plus grand (SUV), plus lourds (2,5/3T) pour embarquer des batteries plus importantes l Enjeu d’aller vers des modèles plus sobres, la course a l’autonomie n’est bien souvent pas nécessaire L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 100kms 12 fours allumés 15.384kms en 2021 70 recharges par an 3846kwh /an +- conso ménage de 4 personnes
  33. 33. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 Domicile (7,4kw) Voirie (11/22kw) Grands axes (50 + kw)
  34. 34. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 3,5 2X5 25 175 l Recharger vite 1 véhicule sur un chargeur ultra rapide demande autant de puissance que de charger 35 véhicules sur des chargeurs plus lents en voirie l L’enjeu est de dimensionner le type de chargeur aux besoins spécifiques (taxis, residents, shopping…) domicile voirie rapide ultra rapide
  35. 35. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 l L’enjeu pour le système électrique porte essentiellement sur la recharge pour les besoins de mobilité «du quotidien» (80% des distances parcourues) l La situation à laquelle fera face le système électrique dépendra ainsi en premier lieu de la faculté à recharger le véhicule en milieu de journée l Sans aucun pilotage, ces appels de puissance ont des caractéristiques peu favorables au système électrique. Ils sont concentrés dans la journée au moment où le système électrique a le moins de marges (pointe de consommation du soir, absence de production photovoltaïque)
  36. 36. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 l Généralisation du 22kva en AC l Hausse de l’autonomie via : o les hausses de performance des batteries Li-ion (400wh/kg de batterie) soit autour de 500kms d’autonomie pour les véhicules entrée et moyenne gamme o Nouvelles technologies de batteries La tendance va vers une augmentation nette de l’autonomie avec pour conséquence une baisse de la fréquence de charge (mais pas de la consommation) , ainsi un même chargeur pourra servir à davantage de véhicules Enjeu d’éviter le surdimensionnement en voirie et dans les bâtiments
  37. 37. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 Charging points strategy locations Calculations of the number and types of charging stations Technological scenario EV and charging points behavior analysis Analysis of mobility demand Type of users (population, workers,…) Scenarios up to a defined time horizon Type of use of the charging stations (rotation, ...) Evolution of the vehicle fleet Autonomy,… Charging stations SLOW ACCELERATE FAST Prioritization Considering the existing situation Tables and maps Large or small geographical area
  38. 38. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 l Analyses de données multimodales et socio- économiques l Données spatiales (population, points d’intérêts…) l Parts modales, flux de mobilité l Comportements l Evolutions technologiques l Approche considérant le cadre legal et les impacts possible sur le taux de pénétration des EV
  39. 39. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 % de voitures neuves vendues sur la période considérée BEV PHEV 2021-2025 7% 5% 2026-2030 25% 7% 2031-2035 45% 7% 2036-2040 60% 7% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 Distribution du parc selon le type de véhicule et du type de carburant %BEV %Hybrid %Autres (Diesel Essence + autres)
  40. 40. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022
  41. 41. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022
  42. 42. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022
  43. 43. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 l Lance automatiquement la recharge lors d’un pic de production ENR l Répartition de la puissance entre plusieurs véhicules branches en simultané l Permet d’optimiser le coût de la recharge (priorité aux périodes creuses, production locale…) voire de piloter la demande en aplliquant des surtarifs lors des pics de demande sur le réseau l Permet le load balancing en gérant dynamiquement et équitablement la puissance disponible Le smart charging participle ainsi à l’équilibre du réseau et de lisser les pics d’appels de puissance Le smart charging est également la première brique necessaire au vehicle to grid
  44. 44. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 l Investissements et R&D massifs dans le V2X l actuellement V2L, potential pour V2H (vehicle to home) V2L: vehicule to load

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