Véhicules électriques : Production d’énergie verte et V2G

By 4 August 2012

II.2.8. Effet positif sur le réseau, sur la production d’énergie « verte » et Véhicule To Grid V2G

Si l’introduction à grande échelle de voiture électrique inspire certaines craintes, elle est aussi porteuse de promesses d’effets positifs pour le réseau. Rappelons d’emblée qu’il s’agit ici aussi d’effets théoriques ; en effet, quoiqu’ils commencent à être étudiés sérieusement dans des projets de terrain pour les mettre à l’épreuve, ils ne sont nulle part à l’œuvre puisque la voiture électrique VE n’est pas utilisée en assez grande quantité. A priori, on ne voit pas bien en quoi l’augmentation de la demande en électricité qui résulte de l’arrivée de voiture électrique peut avoir un effet positif pour le réseau. Cela pourrait pourtant être le cas.

Premièrement, si la voiture électrique est rechargée la nuit, elle peut a priori, comme nous l’avons vu, le faire en utilisant de la production d’électricité qui actuellement n’est par moment pas utilisée. Deuxièmement, en allant un pas plus loin dans l’intégration de la voiture électrique dans le réseau, il est même théoriquement possible de faire de chaque voiture électrique une petite unité de stockage d’électricité. En s’appuyant sur l’existence d’un réseau de type smart grid, le concept de vehicle-to-grid (v2g) est l’idée que chaque voiture électrique a une batterie qui est a priori sous utilisée. D’une part parce que le véhicule est à l’arrêt en moyenne plus de 80% du temps et d’autre part parce que la totalité de l’énergie qu’elle contient n’est pas utilisée entre deux périodes de recharge. On pourrait donc en principe permettre au réseau de disposer de ce surplus de capacité. Celui-ci serait alors utilisé pour stocker l’électricité en période de creux de consommation lorsque la production est excédentaire, et inversement pour restituer l’électricité en période de pic de consommation lorsque la production est déficitaire. Ce concept prévoit aussi généralement la possibilité pour le propriétaire d’une voiture électrique de jouir d’un bénéfice économique : soit parce qu’il achète son électricité en heures creuses à un prix plancher pour la revendre en heures de pointe à un prix plafond, soit parce qu’il s’engage contractuellement et contre rémunération à mettre à disposition du réseau un pourcentage de la capacité de stockage de sa batterie, lorsque son véhicule n’est pas utilisé. Troisièmement certaines études envisagent le déploiement futur d’un parc de voitures électriques connectées au réseau, comme l’opportunité idéale de diminuer la part de combustibles fossiles pour la production électrique. Dans un contexte de production intermittente et imprévisible à court terme qui est celui de l’électricité à base d’énergies renouvelables, les batteries pourraient jouer un rôle de tampon qui faciliterait l’adéquation entre la production et la consommation. Par ailleurs, le vent a tendance à être plus soutenu la nuit [T&E, 2009 : 32], période à laquelle il serait judicieux de forcer le rechargement des batteries en raison de la faiblesse de la consommation. On pourrait dès lors profiter pleinement du potentiel de cette source d’énergie renouvelable en plein essor.

Une récente étude de la Commission de Régulation de l’Electricité et du Gaz (CREG) s’est penchée sur la question et se montre assez optimiste sur les avantages pour le réseau de la voiture électrique. Elle part du postulat que le système vehicule to grid est fonctionnel et qu’un million de voiture électrique sont présentes sur le territoire belge [CREG, 2010]. Deux aspects ont été étudiés : l’impact sur les prix et sur les besoins en réserves électriques. Il en ressort d’abord que la capacité des voitures électriques à servir « d’éponge électrique » permettrait, si elle était régulée dans un but de maximisation des bénéfices pour la société, de faire baisser les coûts de l’électricité. En effet, comme le réseau doit être constamment en équilibre, les fournisseurs d’électricité prévoient la veille la consommation de leurs clients, quart d’heure par quart d’heure. Si le jour même ils se retrouvent avec un besoin supplémentaire inattendu suite à une brusque augmentation de la consommation, le marché est ainsi fait que le prix spot (prix d’achat pratiqué le jour même) va être très élevé.76 Or la présence de la réserve d’électricité que constituent les batteries des voitures électriques permettrait de faire baisser ce prix spot (ce qui pourrait potentiellement bénéficier au consommateur) en augmentant la capacité de l’offre, ce qui diminuerait la volatilité des prix. En ce qui concerne l’impact sur les besoins en réserves d’électricité77, l’étude montre que les réserves primaires pourraient être facilement couvertes par les batteries des voitures électriques sans conséquences, que ce soit en termes de vieillissement prématuré ou de diminution de la capacité disponible qui serait conservée à des fins de réserves. Par ailleurs les réserves secondaires pourraient également être couvertes en ne réservant que 8% de la capacité totale de batteries et en n’occasionnant qu’un léger vieillissement de celles-ci. En marge de ces conclusions, l’étude montre (sans le chiffrer) que l’introduction de la voiture électrique permettrait de diminuer le recours à des unités de production électrique de pointe (utilisées lors des pics de consommation) qui sont à la fois les plus polluantes et les plus chères à alimenter. L’étude relève cependant des inconnues importantes pouvant faire varier ses conclusions, notamment la méconnaissance du processus de vieillissement des batteries et le comportement des propriétaires de voiture électrique pour une part imprévisible, limites sur lesquelles nous reviendrons.

Malgré cet enthousiasme, on trouve aussi dans la littérature des détracteurs de cette vision positive pour le réseau de l’introduction des voitures électriques et plus encore du système v2g. Il semble en fait que d’autres solutions que la batterie des voitures électriques soient plus adaptées au stockage de l’électricité non consommée et à sa restitution en cas de pics de la demande. Citons d’abord le pompage-turbinage des stations hydroélectriques qui utilisent l’électricité lorsque la consommation est basse pour pomper l’eau dans les réservoirs. Lorsque la demande est forte, l’eau est alors relâchée dans les turbines pour produire de l’électricité. Notons que cette technique est tout à fait opérationnelle depuis de nombreuses années. En ce qui concerne le stockage par batteries, il peut être rendu plus efficient (meilleur rendement et auto-décharge plus faible) et meilleur marché par l’utilisation de systèmes de stockage stationnaire spécifiquement conçus pour une utilisation de ce type, comme les batteries Sodium-Souffre [Pluchet, 2010 : 50]. Il convient cependant de noter que si le système vehicule to grid devient une réalité, les batteries des voitures électriques, même moins adaptées, seraient présentes quoiqu’il arrive alors qu’un système de stockage stationnaire doit être acquis spécialement et ne sert qu’à cette fin de stockage.

Il existe en fait un grand nombre de problèmes potentiels et des freins au développement du système vehicule to grid v2g. D’abord il repose sur des présupposés technologiques qui sont pour l’heure hypothétiques et théoriques ou n’existent qu’à petite échelle : smart grids d’une part et voiture électrique capables de réinjecter de l’électricité stockée dans leurs batteries sur le réseau d’autre part. Il convient de noter que les voitures électriques qui sont actuellement sur le marché et celles en projet ne sont pas pourvues d’un système de gestion de la batterie permettant l’envoi d’électricité sur le réseau. Ensuite, le système repose, comme nous l’avons vu, sur le comportement responsable des possesseurs de voiture électrique: les voitures doivent être branchées en permanence quand elles ne sont pas utilisées pour pouvoir être utiles au réseau. L’incitant financier devrait cependant pouvoir motiver le propriétaire à brancher son véhicule. Mais cela suppose aussi que les voitures électriques ne sont pas stationnées dans la rue mais branchées dans des garages, idéalement la journée sur le lieu de travail et la nuit au domicile de leurs propriétaires. On s’adresse donc à une population qui possède un garage ce qui limite le potentiel, quoiqu’il est probable que ce soit la même population qui achèterait une voiture électrique dans les conditions actuelles. Par ailleurs, si on promet une place de parking sur le lieu de travail cela incite à l’utilisation de voiture individuelle alors que la congestion automobile urbaine est déjà un problème réel de notre société. Enfin il reste la question de l’opportunité de l’utilisation des batteries de voiture électrique VE. Nous avons vu que d’autres solutions semblaient plus rationnelles, d’autant que l’effet de ces recharges et décharges sur le processus de dégradation des batteries qui reste méconnu, peut être au mieux minime, au pire important.

En somme on peut dire que beaucoup d’incertitudes planent encore concernant la faisabilité, le coût et la rentabilité du vehicule to grid. Il faudrait cependant, en dehors de ce débat-là, à tout le moins incité voire imposer dès à présent que la recharge se fasse de façon contrôlée, principalement en heures creuses de consommation, donc sans doute la nuit. Le risque serait sinon d’avoir une accentuation des pics de consommation. Si par exemple tout le monde recharge sa voiture électrique chez lui en rentrant du travail de façon incontrôlée, le pic de 18h à 20h typique des mois d’hiver en Belgique [CREG, 2010 : 8] ferait certainement augmenter les émissions de CO2 et de polluants (par le recours à des capacités de production plus émettrices) et pourrait même nécessiter de nouvelles installations d’unités de production.

II.2.9. Conclusion

La comparaison entre les voitures électriques et les voitures thermiques pose de nombreuses questions méthodologiques qui rendent difficile (voire impossible) de fournir des réponses claires à la question de savoir la différence d’efficience et d’émissions de gaz à effet de serre GES entre ces deux types de véhicules. On peut néanmoins considérer, et ce sont les estimations que nous utiliserons pour la suite de ce travail, que la voiture électrique présente une efficience du réservoir à la roue de l’ordre de 65% alors pour que pour la voiture thermique elle se situe autour de 25% pour les moteurs utilisant le diesel et de 18% pour les moteurs à essence. La voiture électrique est donc environ trois fois plus efficiente que la voiture thermique. Lorsque l’ensemble de la filière est prise en compte, du puits à la roue, il est difficile de donner un ordre de grandeur pour la voiture électrique étant donné que les estimations rencontrées vont du simple au double sans doute en raison des différences d’hypothèses retenues en ce qui concerne le mix énergétique de production d’électricité considéré.

En ce qui concerne les émissions de GES, les estimations des différents auteurs sont encore plus divergentes, en raison à nouveau principalement du mix de production d’électricité choisi qui modifie considérablement les émissions de la voiture électrique. Pour la Belgique par exemple, pays dont les émissions dues à la production d’électricité sont plus faibles que la moyenne européenne (et a fortiori mondiale), on peut retenir que la voiture électrique émet de l’ordre de trois à quatre fois moins qu’une voiture thermique [IEA 2010a : 107 et Van Mierloo, 2010].

Les conséquences sur la pollution atmosphérique ne semblent pas plus clairement quantifiables. La plupart des auteurs estiment cependant que l’utilisation de VE, avec le mix énergétique électrique actuel au niveau mondial, aggraverait les rejets de polluants, même si la situation pays par pays est plus nuancée. Il convient cependant d’ajouter que les conséquences de ces pollutions étant surtout locales, il apparait que l’impact sur la santé serait diminué par l’électrification de la propulsion automobile. Le déplacement des émissions vers des lieux de génération d’électricité généralement situés dans des zones moins peuplées ferait plus que compenser l’augmentation de rejets de polluants atmosphériques. Notons aussi qu’en tenant compte des efforts en cours et planifiés de réduction des émissions (de gaz à effet de serre GES et de polluants), la situation pourrait s’améliorer au moins dans les pays qui se sont engagés à mettre en place ce type de mesures.

Les perspectives d’améliorer l’efficience à la fois des voitures thermiques et des voitures électriques, par des améliorations techniques (réduction de la masse des véhicules, downsizing des moteurs, augmentation de l’aérodynamisme, contact roue-sol, etc.), sont assez nombreuses et certaines techniques sont applicables aux deux types de motorisations.

L’impact sur le réseau est le dernier sujet traité dans ce chapitre et là encore il n’est pas possible de dégager de réponse claire à la question de savoir si la voiture électrique est plutôt un risque ou une opportunité. Risque de devoir renforcer la capacité du réseau et de la production et qui semble n’exister de façon aiguë que si une part très importante du parc automobile est électrifiée, ce qui n’est pas réaliste avant plusieurs décennies. Il sera cependant nécessaire de veiller à ce que le rechargement des batteries se fasse en dehors des heures de pointe, sous peine de réduire l’intérêt pour l’environnement, voire d’aggraver les incidences des voitures. La possibilité d’utiliser les batteries des voitures électriques comme réserves de stockage en cas de pics de production représente par contre une opportunité réelle, mais qui reste à l’heure actuelle une idée théorique non encore appliquée à grande échelle. Il semble de plus que d’autres solutions permettent de réaliser ce rôle avec un meilleur rendement, comme le pompage-turbinage dans les centrales hydroélectriques ou le stockage dans des unités statiques de grande capacité.

Lire le mémoire complet ==> (La voiture électrique : révolution ou fausse bonne idée ?)
Master en Sciences et Gestion de l’Environnement – Université Libre de Bruxelles
Institut de Gestion de l’Environnement et d’Aménagement du Territoire
__________________________
76 On dira alors que la volatilité du prix de l’offre est forte, c’est-à-dire que l’écart entre le prix moyen et le prix pratiqué est en l’occurrence important.
77 Afin de pouvoir faire face à une forte demande inattendue, le gestionnaire de réseau de transmission doit pouvoir disposer, pour assurer l’équilibre du réseau, de réserves d’électricité dont il existe 3 types (primaires, secondaires et tertiaires). Voir https://www.entsoe.eu/