La transition EV expliquée : le réseau peut-il faire face ?

Il y a eu des débats animés
pro et con aux États-Unis et autre part savoir si les réseaux électriques peuvent prendre en charge les véhicules électriques à grande échelle. La réponse est un « peut-être » nuancé. Cela dépend de plusieurs facteurs, notamment la vitesse de modernisation des composants du réseau, le volume des ventes de VE, où elles se produisent et quand, quels types de recharge de VE sont effectués et quand, les décisions réglementaires et politiques et, surtout, l’économie.

La ville de
Palo Alto, Californie. est un microcosme de bon nombre des questions en cause. Palo Alto possède le taux d’adoption des véhicules électriques le plus élevé aux États-Unis : en 2020, un foyer sur six des 25 000 foyers de la ville possédait un véhicule électrique. Sur les 52 000 véhicules immatriculés dans la ville, 4 500 sont des véhicules électriques et, les jours ouvrables, les navetteurs conduisent 3 000 à 5 000 véhicules électriques supplémentaires pour entrer dans la ville. Les résidents peuvent accéder à environ 1 000 ports de recharge répartis sur 277 bornes de recharge publiquesavec environ 3 500 autres ports de recharge situés dans les résidences.

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Le gouvernement de Palo Alto a mis en place une stratégie très agressive
Plan d’action pour la durabilité et le climat dans le but de réduire ses émissions de gaz à effet de serre à 80% en dessous du niveau de 1990 d’ici 2030. En comparaison, l’objectif de l’État est d’atteindre ce montant d’ici 2050. Pour réaliser cette réduction, Palo Alto devoir faire en sorte que 80 % des véhicules au cours des huit prochaines années immatriculés (et se rendant dans) la ville soient des véhicules électriques (environ 100 000 au total). La nombre prévu de ports de charge devra passer à environ 6 000 à 12 000 ports publics (environ 300 étant des chargeurs rapides CC) et 18 000 à 26 000 ports résidentiels, la plupart d’entre eux étant Ports de charge de type L2.

« Il y a des endroits encore aujourd’hui où nous ne pouvons même pas prendre une pompe à chaleur de plus sans avoir à reconstruire une partie du système. Ou nous ne pouvons même pas installer un seul chargeur de VE. » —Tomm Marshall

Pour atteindre les objectifs de réduction des émissions de Palo Alto en 2030, la ville, qui possède et exploite le service public d’électricité, souhaite augmenter considérablement la quantité d’énergie renouvelable locale utilisée pour la production d’électricité (pensez au solaire sur le toit), y compris la possibilité d’utiliser les véhicules électriques tels que distribués. -ressources énergétiques (
connexions véhicule-réseau (V2G)). La ville a fourni des incitations pour l’achat de véhicules électriques et de ports de recharge, le installation de chauffe-eau à pompe à chaleuret l’installation de systèmes solaires et de batteries de stockage.

Il y a cependant quelques nids-de-poule qui doivent être comblés pour atteindre les objectifs d’émissions de la ville pour 2030. À
réunion de février de Commission consultative des services publics de Palo AltoTomm Marshall, directeur adjoint des services publics, a déclaré : “Il y a des endroits, même aujourd’hui [in the city] où on ne peut même pas prendre une thermopompe de plus sans avoir à reconstruire la partie du [electrical distribution] système. Ou nous ne pouvons même pas installer un seul chargeur de VE. »

La charge de pointe est la principale préoccupation. Le système de distribution électrique de Palo Alto a été construit pour le
charges électriques des années 1950 et 1960, lorsque le chauffage, l’eau et la cuisine des ménages fonctionnaient principalement au gaz naturel. Le système de distribution n’a pas la capacité de prendre en charge les véhicules électriques et tous les appareils électriques à grande échelle, a suggéré Marshall. De plus, le système a été conçu pour une alimentation unidirectionnelle, et non pour des appareils à énergie renouvelable distribuée qui renvoient de l’énergie dans le système.

Un gros problème est les 3 150 transformateurs de distribution dans la ville, a indiqué Marshall. Un 2020
étude d’impact sur l’électrification a constaté que sans améliorations, plus de 95 % des transformateurs résidentiels seraient surchargés si Palo Alto atteignait ses objectifs en matière de véhicules électriques et d’appareils électriques d’ici 2030.

Le système de distribution électrique de Palo Alto a besoin d’une mise à niveau complète pour permettre au service public d’équilibrer les charges de pointe.

Par exemple, a déclaré Marshall, il n’est pas inhabituel qu’un transformateur de 37,5 kilovolts-ampères alimente 15 foyers, car le système de distribution a été conçu à l’origine pour que chaque foyer tire 2 kilowatts d’électricité. La conversion d’un appareil à gaz en pompe à chaleur, par exemple, consommerait de 4 à 6 kW, tandis qu’un chargeur L2 pour VE consommerait de 12 à 14 kW. UN
grappe de charges L2 non coordonnées pourrait créer une charge de pointe excessive qui surchargerait ou ferait exploser un transformateur, surtout lorsqu’ils sont en fin de vie, ce que beaucoup sont déjà. Sans compteurs intelligents, c’est-à-dire Infrastructure de mesure avancée (AMI), qui sera introduit à Palo Alto en 2024 – le service public a peu ou pas d’informations sur la charge de pointe des ménages.

Le système de distribution électrique de Palo Alto a besoin d’une mise à niveau complète pour permettre au service public d’équilibrer les charges de pointe, de gérer les flux d’énergie bidirectionnels, d’installer le nombre requis de ports de recharge pour véhicules électriques et d’appareils électriques pour soutenir les objectifs de réduction des émissions de la ville et de fournir de l’énergie dans manière sûre, fiable, durable et cybersécurisée. Le système doit également être capable de faire face à une situation de panne de plusieurs heures, où les futurs appareils électriques et la charge des véhicules électriques commenceront tous en même temps lorsque le courant sera rétabli, ce qui placera une forte charge de pointe sur le système de distribution.

PlugShare.comUne carte des bornes de recharge pour véhicules électriques dans la région de Palo Alto, en Californie, de PlugShare.com

Palo Alto envisage
investissement de 150 millions de dollars américains vers la modernisation de son système de distribution, mais cela prendra deux à trois ans de planification, ainsi que trois à quatre ans ou plus pour effectuer tous les travaux nécessaires, mais seulement si le service public peut obtenir le personnel d’ingénierie et de gestion, ce qui continue d’être en pénurie là et à autres services publics à travers le pays. De plus, comme d’autres industries, la le secteur de l’énergie s’est numériséce qui signifie que les compétences nécessaires sont différentes de celles requises auparavant.

Jusqu’à ce qu’il puisse moderniser son réseau de distribution, Marshall a concédé que le service public doit continuer à faire face à des clients en colère et confus qui sont encouragés par la ville à investir dans des véhicules électriques, des ports de charge et des appareils électriques, seulement alors pour se faire dire qu’ils ne peuvent pas être accueilli de sitôt.

La politique se heurte à la réalité technique

La situation à Palo Alto est
Pas unique. Il y a quelque 465 villes dans le États-Unis avec des populations entre 50 000 et 100 000 habitants, et 315 autres plus grands, dont beaucoup sont confrontés à des défis similaires. Combien peuvent vraiment supporter un afflux rapide de milliers de nouveaux véhicules électriques ? Phénix, par exemple, veut 280 000 véhicules électriques sillonnant ses rues d’ici 2030, soit près de Sept fois autant qu’il en a actuellement. Des décalages similaires entre les désirs de politique climatique et une infrastructure énergétique incapable de soutenir ces politiques se produiront à travers non seulement les États-Unis mais ailleurs sous une forme ou une autre au cours des deux prochaines décennies, à mesure que la conversion aux véhicules électriques et aux appareils électriques prendra de l’ampleur.

Comme à Palo Alto, ce seront probablement des transformateurs soufflés ou des lumières qui clignotent constamment qui signalent qu’il y a un problème de charge de charge EV. Professeur
Divan profondle directeur de la Centre d’énergie distribuée chez Georgia Tech, dit que son équipe a découvert que dans les zones résidentielles, “plusieurs chargeurs L2 sur un transformateur de distribution peuvent réduire sa durée de vie de 30 à 40 ans à 3 ans”. Étant donné que la plupart des millions de transformateurs américains sont approche de la fin de leur durée de vie utile, le remplacement prochain des transformateurs pourrait être un casse-tête majeur et coûteux pour les services publics, en supposant qu’ils puissent les obtenir.

Les fournitures pour les transformateurs de distribution sont faibles et les coûts ont
monté en flèche d’une gamme de 3 000 $ à 4 000 $ à 20 000 $ chacun. La prise en charge des véhicules électriques peut nécessiter des transformateurs plus gros et plus lourds, ce qui signifie que bon nombre des 180 millions de poteaux électriques sur lesquels ceux-ci doivent s’asseoir devront être remplacés pour supporter le poids supplémentaire.

Selon Divan, le problème de chargement des transformateurs est exacerbé par le fait que de nombreux services publics “n’ont aucune visibilité au-delà de la sous-station” sur la manière et le moment où l’énergie est consommée. Son équipe a interrogé « vingt-neuf services publics pour obtenir des données de tension détaillées de leurs systèmes AMI, et personne ne les avait ».

Cette situation n’est pas vraie universellement.
Xcel Énergie au Minnesota, par exemple, a déja commencé pour mettre à niveau les transformateurs de distribution en raison des problèmes potentiels de charge électrique des VE résidentiels. Le président de Xcel, Chris Clark, a déclaré au Minneapolis Tribun des étoiles que quatre ou cinq familles achetant des VE affectent sensiblement la charge du transformateur dans un quartier, une famille achetant un VE “ajoutant une autre moitié de sa maison”.

Joyce Bodôdirecteur des solutions énergétiques et de l’énergie propre pour Virginia’s Coopérative électrique de Rappahannock (REC), un distributeur de services publics dans le centre de la Virginie, déclare que “le leadership de REC est vraiment, vraiment favorable à l’électrification, à l’efficacité énergétique et au transport électrique”. Cependant, ajoute-t-elle, « toutes ces choses ne sont pas une baguette magique. Vous ne pouvez pas faire en sorte que les trois choses se produisent en même temps sans beaucoup de réflexion et de planification.

Dans le cadre de cet effort de planification, Bodoh déclare que REC a activement réalisé “une étude technique qui a examiné la perte de ligne dans nos systèmes ainsi que nos transformateurs, et a déclaré :” Si ce transformateur avait un chargeur L2, que se passerait-il ? S’il avait deux L2, que se passerait-il, et ainsi de suite? ” Elle ajoute que REC “essaye de faire preuve de diligence raisonnable, donc nous ne sommes pas surpris quand un cul-de-sac reçoit un tas de chargeurs L2 et il y a une panne de courant.
REC dispose également de données horaires sur la consommation d’énergie à partir desquelles il peut trouver où les chargeurs L2 peuvent être utilisés en raison du profil de charge de la charge des véhicules électriques. Cependant, dit Bodoh, REC ne veut pas seulement savoir où se trouvent les chargeurs L2, mais aussi encourager ses clients propriétaires de véhicules électriques à recharger aux heures creuses, c’est-à-dire de 21 h à 5 h et de 10 h à 14 h. REC a récemment mettre en place un
Programme pilote de recharge de véhicules électriques pour 200 propriétaires de VE qui offre un crédit mensuel de 7 $ s’ils effectuent une recharge hors pointe. Il reste à voir si REC ou d’autres services publics peuvent convaincre suffisamment de propriétaires de VE de chargeurs L2 de recharger systématiquement pendant les heures creuses.

“Plusieurs chargeurs L2 sur un transformateur de distribution peuvent réduire sa durée de vie de 30 à 40 ans à 3 ans.” —Deepak Divan

Même si le comportement du propriétaire d’un véhicule électrique change, la recharge hors pointe peut ne pas résoudre complètement le problème de charge de pointe une fois que la propriété du véhicule électrique augmente vraiment. “Les transformateurs sont des appareils à refroidissement passif”, spécialement conçus pour être refroidis la nuit, explique Divan. “Lorsque vous modifiez le profil de consommation (électrique) en ajoutant plusieurs véhicules électriques à l’aide de chargeurs L2 la nuit, ce transformateur chauffe.” Le risque de défaillance du transformateur dû à une charge nocturne non coordonnée peut être particulièrement aggravé pendant les périodes de vagues de chaleur estivales, un
publier cela concerne les responsables des services publics de Palo Alto.

Il existe des solutions techniques disponibles pour aider à répartir les charges de pointe de charge des véhicules électriques, mais les services publics devront investir dans de meilleurs transformateurs et
systèmes de comptage intelligentsainsi qu’obtenir l’autorisation réglementaire de modifier les structures tarifaires de l’électricité pour encourager la recharge hors pointe. Du véhicule au réseau (V2G)qui permet à un véhicule électrique de servir de périphérique de stockage pour lisser les charges du réseau, peut être une autre solution, mais pour la plupart des services publics aux États-Unis, il s’agit d’une option à long terme. De nombreux problèmes doivent être résolus, tels que la mise à jour de millions de foyers panneaux électriques et compteurs intelligents pour accueillir le V2G, la création de normes techniques nationales convenues pour l’échange d’informations nécessaire entre les véhicules électriques et les services publics locaux, le développement de politiques réglementaires V2G et de modèles commerciaux résidentiels et commerciaux, y compris rémunération équitable pour utiliser l’énergie stockée d’un véhicule électrique.

En tant qu’expert en énergie
Chris Nelderc’est noté à Atelier EV de l’Académie nationale, « le véhicule vers le réseau n’est pas vraiment une chose, du moins pas encore. Je ne m’attends pas à ce que ce soit avant un certain temps jusqu’à ce que nous résolvions de nombreux problèmes dans diverses commissions de services publics, État par État, tarif par tarif.

Dans le prochain article de la série, nous examinerons les complexités de la création d’une infrastructure de recharge pour VE.