Voiture électrique, renouvelables et recharge intelligente

Le Gouvernement veut mettre sur nos routes 2 millions de véhicules électriques d’ici 2020. La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte prévoit l’installation de 7 millions de bornes de recharge pour les voitures électriques d’ici à 2030. Selon les chiffres de RTE, la production électrique française a été de 546 térawattheures (TWh) en 2015, pour une puissance installée de 129,3 GW. Est-ce suffisant pour recharger 2 millions de véhicules en 2020 ? Comment assurer la protection du réseau électrique et ne pas augmenter la demande de pointe qui dimensionne le réseau ?

L’association entre énergies renouvelables et voitures électriques est capitale pour assurer des véhicules « zéro émission ». PHOTO//DR

Une voiture électrique qui consommerait 25 kilowhattheures (kWh) pour 100 km et qui roulerait 10 000 km par an, consommerait chaque année 2,5 mégawattheures (MWh). Pour 2 millions de véhicules électriques, le besoin annuel serait donc d’environ 5 TWh. Comparés aux 475,4 TWh de consommation nationale en 2015, ces 5 TWh ne pèsent que peu sur la consommation électrique. En revanche, entre une recharge lente de 3 kW et une recharge rapide de 43 kW, le besoin de puissance s’élève entre 6 et 80 GW pour l’ensemble de ces véhicules. Si 2 millions de véhicules se rechargeaient rapidement en même temps, ils appelleraient donc 62% de la capacité de notre parc électrique.  Les voitures électriques nous posent donc avant tout un problème de puissance installée.

Bien évidemment, ces véhicules ne se chargeront pas tous au même moment. Mais l’impact sur le réseau pourra être significatif. « Le problème n’est pas lié à la quantité d’électricité produite sur l’année mais à la puissance dont on a besoin à un certain moment ! », insiste Claude Ricaud, directeur de l’innovation chez Schneider Electric. Le bilan électrique de RTE note d’ailleurs qu’« un pic historique de consommation a ainsi été atteint début février 2012, avec une puissance appelée de 102 100 MW, lors de la vague de froid exceptionnelle qui a touché l’ensemble du pays pendant cette période ». Que ce serait-il passé si l’on avait chargé en même temps quelques centaines de milliers de véhicules électriques ? Une surcharge du réseau ? Ou un vrai black-out européen ?

Favoriser les recharges intelligentes

Si des flottes de véhicules se rechargent lorsque les réseaux sont sous tension et qu’il n’y a pas de contrôle, la demande de pointe peut être considérablement augmentée et engendrer le lancement de centrales thermiques au gaz ou au charbon. Pour des véhicules promis à « zéro émission », on repassera ! « Faire une charge rapide de 50 kW, c’est comme rajouter un petit bâtiment sur le réseau », simplifie Claude Ricaud.

Pour résoudre ce problème, il faut définir un nouveau paradigme. « Avec les véhicules électriques, il va falloir s’habituer à charger quand on s’arrête mais ne pas s’arrêter pour charger », prévient-il. La recharge pourra se faire à la maison, sur des parkings, sur le lieu de travail, pendant une séance de cinéma, etc.

Les standards de chargement ont défini 4 modes différents. Les modes 1 et 2 concernent des modes non gérés, où la voiture se branche au mur comme un appareil électroménager classique. Au contraire, les modes 3 (courant alternatif) et 4 (courant continu) sont des modes gérés : la voiture se connecte à un équipement pour un chargement intelligent. Ces chargeurs intelligents doivent connaître la demande sur le réseau et les besoins de l’utilisateur ; par exemple, l’heure à laquelle le véhicule doit être chargé. Le chargeur peut alors augmenter ou diminuer la vitesse de charge du véhicule. Cette charge contrôlée limite l’ampleur du pic de demande.

La recharge intelligente amène de la souplesse : si beaucoup de voitures se chargent en même temps, le chargement se modulera. Cela se passera comme lorsque l’on connecte plusieurs ordinateurs sur une même connexion wifi et que la vitesse de navigation est limitée. Au contraire, dès que l’un des utilisateurs se déconnecte, la vitesse de navigation repart à la hausse !

Lier voitures électriques et énergies renouvelables

Le lien entre véhicules électriques et énergies renouvelables est capital, car ceux-ci sont vendus sur le principe de « zéro émission ». Les émissions liées au véhicule électrique dépendent du mix électrique. Pour que celles-ci soient inférieures à celles d’un véhicule thermique, il faut que le mix électrique soit décarboné. D’après les chiffres de l’ADEME pour 2008, une voiture électrique émet 112 g/km avec le mix électrique moyen européen, mais 255 g/km lorsque l’électricité est produite à partir de charbon. En Chine, avec 70 % de charbon, une voiture émettrait 249 g/km. La Chine prévoit 200 millions de voitures électriques sur ses routes en 2020… Ce véhicule ne semple plus tout aussi propre. Avec un objectif de 95 g CO₂/km pour les véhicules thermiques en 2020, une voiture électrique émettra donc plus de CO₂ qu’une voiture thermique. Globalement, le développement du véhicule électrique augmente les émissions de gaz à effet de serre  du secteur automobile dans la plupart des pays. Mais étudions plus en détail les promesses de la recharge intelligente, car elle pourrait changer la donne.

Un peu de prospective solaire et éolienne…

Les puissances éolienne et photovoltaïque installées devraient respectivement être de 25 GW et 5 GW en France en 2020. La production associée sera alors de 49 TWh d’éolien et 6 TWh de photovoltaïque. Cela ne permettrait-il pas de recharger proprement ces véhicules ? On s’aperçoit d’ores et déjà qu’une partie de la production d’énergie renouvelable peut être perdue, notamment à certains moments des pics de production renouvelables où la demande est faible. D’ici 2020, Schneider Electric estime entre 50 et 100, le nombre de nuits où il y aura un surplus de production éolienne par rapport à la demande. Le surplus d’énergie serait de 3 à 8 TWh, à comparer aux 5 TWh nécessaires pour recharger annuellement 2 millions de véhicules électriques. Si l’on arrive à gérer ce surplus pour charger les voitures, les véhicules seront  donc véritablement « zéro émission ».

Au final, l’équation ne semble pas si compliquée. L31es pics liés au rechargement des véhicules électriques doivent être limités en utilisant les modes de recharge 3 ou 4. Ensuite, il faut maximiser le taux d’énergie renouvelable du réseau. Enfin, à partir de 2017, il conviendra de permettre l’échange bidirectionnel d’électricité par le véhicule en lui autorisant à renvoyer de l’électricité au réseau avec rétribution financière. Au lieu de devenir un cauchemar pour le réseau, le véhicule électrique jouerait ainsi un vrai rôle de capacité pour le stockage de l’électricité sans coût supplémentaire.

Auteur : Matthieu Combe, fondateur du webzine Natura-sciences.com