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.

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. 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. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :

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

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

10. 7
What is this?

11. 8
Synchronisation journalière

12. 9
Saisonnalité

13. Problèmes de
tension
10

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. 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. 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. 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. Du point de vue du réseau local
16

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. Impact sur les
réseaux
18

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

24. Some results on a 100-bus network
22

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

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

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

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. 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. 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. 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. 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

41. INTERNAL
L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13
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42. 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