Batteries de réseau sur roues : la logistique compliquée de l’intégration véhicule-réseau

À la base, le concept d’intégration véhicule-réseau (VGI) – également appelé Vehicle To Grid (V2G) – semble simple. Au lieu d’un chargeur unidirectionnel pour véhicules électriques à batterie (BEV), un chargeur bidirectionnel serait utilisé. De cette façon, chaque fois que le BEV est connecté à un tel chargeur, l’alimentation peut être retirée de la batterie de la voiture pour être utilisée sur le réseau électrique local chaque fois qu’il y a une demande.

De nombreuses complications avec VGI ont déjà été discutées, y compris l’usure accrue que cela entraîne sur la batterie d’un BEV, la nécessité de brancher une machine intrinsèquement mobile sur un chargeur et le risque d’avoir besoin de son BEV et de trouver sa batterie à être presque épuisé. Ici, le marketing joyeux de Nissan et celui d’initiatives commerciales telles que Vehicle to Grid Britain donne l’impression que c’est une évidence une fois que ces détails embêtants peuvent être résolus.

Parallèlement au monde des dépliants marketing sur papier glacé, les chercheurs ont étudié le VGI comme une option potentielle pour le stockage d’énergie au niveau du réseau. Ces études produisent une image beaucoup moins optimiste qui remet en question tout le concept de VGI.

Le puzzle de la demande contre l’offre

Dans la plupart des scénarios VGI, on suppose qu’il existe des parties prenantes indépendantes, avec la participation des entreprises de services publics, des fournisseurs de services VGI, des propriétaires de véhicules électriques et éventuellement du gouvernement. En étudiant ce scénario d’un point de vue sud-coréen, Moon et al. (2021) sont arrivés à la conclusion qu’il est peu probable que l’économie de VGI fonctionne sans subventions gouvernementales. Le problème essentiel est qu’avec les frais généraux et la logistique impliqués, il est extrêmement difficile pour l’une des parties prenantes de réaliser un bénéfice significatif, voire pas du tout.

Ce qui est fascinant dans l’analyse de Moon et al., c’est la description du marché énergétique coréen, qui comprend à la fois des entreprises de services publics et deux niveaux de réponse à la demande (DR). La RD de type I de la Corée s’applique principalement aux grands utilisateurs industriels d’électricité qui reçoivent des incitations à réduire leur charge lorsqu’on leur demande de le faire. Il s’agit d’une réponse obligatoire, avec des amendes si la demande n’est pas réduite lorsqu’elle est demandée. Les contrats DR de type I ont un nombre d’heures et un nombre d’appels maximum.

RBC des acteurs VGI sans subventions gouvernementales.  (Moon et al., 2021)
Rapport bénéfices/coûts des acteurs de l’IGV hors subventions gouvernementales. (Moon et al., 2021)

Le DR de type II est un programme d’appel d’offres axé sur la demande impliquant des parties intéressées soumettant des offres de réduction de charge. Ici aussi, des pénalités s’appliquent si la demande demandée n’est pas réduite comme proposé. Les parties peuvent participer à la fois au Type I et au Type II DR, mais le Type I a priorité sur ce dernier. À bien des égards, ce système DR peut être considéré comme une sorte de système de suivi de charge négatif, ainsi qu’un système d’écrêtage des pics. La principale différence est qu’au lieu que les services publics ajoutent plus d’approvisionnement au système, la demande est décalée dans le temps ou réduite.

Dans l’analyse de Moon et al., lorsque l’on considère l’IGV dans le contexte de ce système, il est extrêmement difficile pour les parties prenantes d’atteindre le seuil de rentabilité. Une participation accrue au régime VGI par le biais d’un prestataire de services VGI mutualisé améliore les choses, mais une garantie de profit est impossible à donner au prestataire de services VGI sans subventions gouvernementales. Peut-être ironiquement, il y a aussi une chance accrue de rentabilité lorsque les voitures impliquées sont moins souvent utilisées comme voitures. Cette notion a conduit certains à envisager une autre approche de VGI, en utilisant les systèmes de batterie interchangeables qui sont déjà utilisés dans certains endroits.

Batteries d’élevage

Bien qu’il soit tout à fait vrai que les voitures passent une grande partie du temps debout, même dans le cas des BEV, il est peu probable que ce soit toujours dans un endroit où elles sont continuellement branchées sur un chargeur, sans parler d’un bidirectionnel de style VGI. type de chargeur. Beaucoup de gens auront leur BEV dans l’allée ou garés le long de la route. Mais si vous retirez la batterie de la voiture lorsqu’elle est garée, vous vous retrouvez avec quelque chose comme une station d’échange de batterie (BSS) qui fournit également des services de stockage au niveau du réseau, comme proposé par Zeng et al. (2020).

L’aspect pratique d’un tel système basé sur l’échange est que chaque BSS peut maintenir un pool de batteries, en utilisant la majorité de ces batteries entièrement pour l’équilibrage du réseau, tout en gardant un certain nombre de batteries complètement chargées prêtes à être insérées dans un VE. La batterie la plus déchargée de ce véhicule électrique est ensuite ajoutée au pool.

Flux de travail de la station d'échange de batteries.  (Zeng et al., 2020)
Flux de travail de la station d’échange de batteries. (Zeng et al., 2020)

Tout en évitant les problèmes liés aux modèles d’utilisation des BEV, y compris leur connexion et leur déconnexion essentiellement aléatoires du réseau, le problème évident avec un système centré sur le BSS est que très peu de véhicules électriques disposent d’une batterie interchangeable. À ce jour, c’est une caractéristique que l’on voit le plus souvent avec, par exemple, les taxis dans des pays comme le Japon et la Chine.

Fondamentalement, une idée stupide

Que VGI continue de recevoir autant d’attention est plutôt étonnant à la lumière des messages d’experts, comme JB Straubel l’a fait en 2016, à l’époque où il était CTO de Tesla. Comme couvert à l’époque par CleanTechnica, JB indique clairement que seule la charge dynamique «intelligente» – chargeant principalement lorsque la demande diminue – a du sens. JB a également rejeté l’idée que les anciennes batteries BEV peuvent être réutilisées pour le stockage au niveau du réseau, notant les exigences de cycle de charge/décharge très différentes pour une batterie BEV par rapport à celles d’une batterie de stockage au niveau du réseau.

La recharge dynamique devrait être plus facile à faire inscrire les propriétaires de BEV. Le taux de charge est le plus important lorsque vous voyagez et que vous vous arrêtez pour recharger. Lors de la charge pendant la nuit, le seul aspect important est de savoir si la batterie est pleine lorsque vous montez dans la voiture le lendemain matin.

Tout cela semble renvoyer au même problème : le conflit entre essayer d’utiliser la même batterie pour deux cas d’utilisation diamétralement opposés. Un propriétaire de BEV, lorsqu’il est livré à lui-même, n’a aucun intérêt à réinjecter de l’électricité dans le réseau, sauf peut-être à sa propre maison en cas de panne de courant. Cela laisse alors une incitation financière comme seule raison pour un propriétaire de BEV de participer à un programme V2G.

Pourtant, le moyen le plus rentable de bénéficier d’un programme V2G est de laisser sa voiture branchée à un chargeur 24h/24 et 7j/7 et de ne pas l’utiliser comme voiture. À ce stade, cependant, vous achetez simplement les piles. Tout cela sert à souligner les raisons pour lesquelles V2G a tant de mal à faire une analyse de rentabilisation solide, et continue à tâtonner d’essai en essai.

Onduleur intelligent à chargement sur roues

En tenant compte des preuves disponibles, il est facile de démontrer que pour les fournisseurs de services publics et de réseau, les aspects de « recharge intelligente » et de réponse à la demande sont à la fois attrayants et faciles à justifier. Tout comme avec les programmes DR à grande échelle en Corée du Sud, les consommateurs pourraient être incités à laisser le service public réguler la vitesse de charge de leur BEV, en particulier moyennant une certaine compensation. Pour les services publics, cela pourrait aider à lisser la surabondance de demande qui se produirait lorsque les gens rentrent chez eux après le travail, branchent leur chargeur BEV et allument la climatisation à fond.

Pour les propriétaires de BEV, le chargeur bidirectionnel a du sens lorsqu’il signifie qu’en cas de panne de courant, le BEV au ralenti dans le garage pourrait alimenter en toute sécurité l’énergie de ses batteries dans le réseau domestique. Il s’agit d’une fonctionnalité qui devient de plus en plus annoncée dans les publicités pour les nouveaux BEV. Contrairement à la perspective incertaine de vendre des cycles de charge et de décharge BEV au service public local, l’utilisation de son BEV comme alternative sophistiquée à un groupe électrogène de secours est logique.

VGI n’est peut-être tout simplement pas la panacée pour le stockage au niveau de la grille que certains prétendaient être. Bien que les BEV puissent effectuer relativement bien des tâches plus simples comme la stabilisation de la fréquence du réseau puisque ces tâches nécessitent une batterie relativement petite, on pourrait affirmer que l’installation d’une batterie dédiée dans le réseau est plus économique que d’espérer que suffisamment de personnes branchent leur BEV au bon moment pour empêcher le réseau de se désynchroniser et de plonger une partie de la nation dans l’obscurité, un peu comme ce qui s’est passé avec la panne du nord-est de 2003.

Avec la complexité d’un réseau national pour commencer, c’est peut-être pour le mieux que nous ne cherchons pas à y intégrer quoi que ce soit avec une batterie, surtout lorsque ladite batterie peut littéralement démarrer à tout moment.