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

1. 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)

2. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. Evolution de la consommation d’électricité 5 13.5 4 MWh

8. Puissance consommée, puissance produite, interaction avec le réseau 6

9. 7 What is this?

10. 8 Synchronisation journalière

11. 9 Saisonnalité

12. Problèmes de tension 10

13. 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)?

14. 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.

15. 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

16. 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

17. Du point de vue du réseau local 16

19. Impact sur les réseaux 18

20. 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. Optimisation distribuée – flexibilité des convertisseurs 21 Source: working paper avec Antonin Colot et Thomas Stegen, ULiège

23. Some results on a 100-bus network 22

24. Validation sur un système de “Hardware-in- the loop” 23 Source: working paper avec Bastien Ewbank, ULiège

25. 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, …)

26. 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

27. CONFIDENTIAL RESTRICTED PUBLIC INTERNAL 06 décembre 2022 L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux à l’échelle d’une ville

28. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 Source : L’écho, 17 septembre 2020 / photo Belga Source : Euractiv, 14 juillet 2021 / photo [EPA-EFE/FOCKE STRANGMANN] Source : Waze

29. 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 Source : Bloomberg EV Outlook 2021 Source : McKinsey&Company, Electrifying insights 2021

30. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022 Batterie Chargeur Réseau Source : afdc.energy.gov

31. 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

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 Source : Thibaud Hilmarcher

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) Source : Tractebel 2022 Source : Tractebel 2022

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 Source : Tractebel 2022 Source : Tractebel 2022 Source : EVbox Source : EVbox Source : Tractebel 2022

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) Source : RTE, enjeux du développement de l’électromobilité pour le système électrique , mai 2019

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. 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. 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. 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. INTERNAL L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13 06/12/2022

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. 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 Source : Hyundai, 2022

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