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L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13
06/12/2022
La consommation des véhicules
La puissance à la recharge
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Le choix du chargeur
Répondre aux besoins
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Dimensionner et localiser
Piloter la demande
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)
LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :
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
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
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
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
Evolution de la consommation d’électricité
5
13.5
4
MWh
Puissance consommée, puissance
produite, interaction avec le réseau
6
7
What is this?
8
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9
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tension
10
Opportunités
de flexibilité
11
Pilotage de la recharge des véhicules
Equilibrage des phases
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Stockage stationnaire
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Convertisseurs de puissance, diagramme PQ
Vehicle to grid (V2G)?
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.
Opportunités
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Pilotage de la recharge des véhicules
Equilibrage des phases
Chauffage « intelligent »
Stockage stationnaire
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Convertisseurs de puissance, diagramme PQ
Vehicle to grid (V2G)?
14
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
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Du point de vue du réseau local
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de flexibilité
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Equilibrage des phases
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17
Impact sur les
réseaux
18
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.
Opportunités
de flexibilité
Pilotage de la recharge des véhicules
Equilibrage des phases
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Vehicle to grid (V2G)?
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Optimisation distribuée
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21
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Stegen, ULiège
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22
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the loop”
23
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24
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06 décembre 2022
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à l’échelle d’une ville
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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
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L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux 13
06/12/2022
Batterie
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Réseau
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
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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
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allumés
15.384kms
en 2021
70 recharges par an
3846kwh /an
+- conso
ménage de 4
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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)
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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
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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)
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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
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
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Charging stations
SLOW ACCELERATE FAST
Prioritization
Considering the existing situation
Tables and maps
Large or small geographical area
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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
INTERNAL
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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
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2035
2036
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Distribution du parc selon le type de véhicule et du type de carburant
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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
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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)
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L’électrification de notre quotidien et son impact sur les réseaux

  • 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
  • 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
  • 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 06/12/2022
  • 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