Jeudi 21 novembre 2019

Pour être écologique, le véhicule électrique doit être associé à la « Demand Response »

Mobilités | 1 réaction

par Alain Chardon | 13.07.12

Le véhicule électrique est un maillon indispensable du transport durable. C’est une chance pour la France de voir ses industriels, ses énergéticiens et ses cadres politiques se mobiliser pour innover sur la scène internationale tant en termes de technologies que de business models. Encore faut-il que les promesses de gain en émissions de CO2 soient tenues. Et que le coût du plein électrique revienne moins cher à la collectivité que le plein pétrolier, d’autant plus qu’il faut rembourser le surcoût des batteries. En outre le véhicule électrique vient comme un usage supplémentaire, dans un contexte de demande 2020 dans lequel les autres usages contribuent déjà à creuser la monotone de consommation et augmenter la pointe.

demand response

Le contexte de demande en 2020, hors véhicules électriques.

C’est ici que le « Demand Response » entre en scène. Le DR vise la maîtrise de la demande électrique des consommateurs par le levier statique de l’offre d’infrastructure et par le levier dynamique de l’offre tarifaire et marketing. Il s’agit de diminuer la recharge des véhicules aux heures de forte demande en milieu de journée et en hiver en début de soirée. En effet l’électricité de pointe engendre les plus fortes émissions CO2 ainsi que les plus forts coûts d’infrastructures pour la collectivité, les contribuables et les clients finaux.

Dans son étude « Demand Response for Electric Mobility : Costs, Benefits & Environmental Sustainibility », Capgemini a imaginé trois scénarios pour une flotte d’un million de véhicules en 2020 en France, dont nous détaillons ci dessous deux scénarios (No DR, Responsible DR). Pour un million de véhicules électriques dans nos rues, les deux scénarios se différencient par 3,3 milliards d’investissements dont 900 millions d’euros pour la voie publique, 73g de CO2 au km, 50% de coûts au km, 500 à 700 euros par an et par véhicule et 500 MW de besoin de capacités de production électrique de pointe.

Hypothèses de répartition horaire des recharges selon les trois scénarios en 2020

Hypothèses de répartition horaire des recharges selon les trois scénarios en 2020

Le premier scénario, « No DR » (pas de Demand Response), vise la facilité. Aucun signal n’est donné au client, pour qui on a installé un grand nombre de bornes publiques et qui charge souvent son véhicule en journée ou juste quand il rentre. Les infrastructures de bornes privées et publiques ne permettent pas techniquement de différencier fortement le prix du KWh selon l’heure de la charge, ni de programmer celle-ci aux moments favorables. Les pouvoirs publics n’ont fait évoluer dans le sens de l’horo-différenciation forte ni les tarifs de fourniture ni ceux d’acheminement de l’électricité. Les opérateurs de mobilité proposent des offres de mobilité électrique à montant fixe forfaitaires, certes attractives mais qui exonèrent le client de toute réflexion sur son heure de charge. On notera que les offres à forfait sont interdites en France pour la vente d’électricité « habituelle », car elles encouragent la gabegie énergétique.

Le scénario « No DR » engendrera des émissions de 105g par km, seulement 21% de moins que pour un véhicule thermique moyen. Le coût du plein coûtera 18% de plus qu’un plein d’essence, même si le coût de l’énergie directement vu par le client « à la pompe » électrique lui serait en apparence inférieur (en effet on compte ici les coûts des bornes). Au niveau macro cela ne permettra pas d’amortir les surcoûts des batteries. Nous incluons dans le coût du plein électrique à la fois le coût des infrastructures de réseau, du KWh électrique, et du  CO2. Les investissements s’élèveront à 6,3 Mds d’euros, dont 1,7 Md sur la voie publique. La pointe journalière sera aggravée de 770 MW. Et la tonne de CO2 évitée reviendra à 1674 euros/TCO2 (le delta de coût des batteries plus motorisation électrique versus motorisation thermique reste à inclure).

Gains en CO2

Gains en CO2

Le scénario alternatif - « DR responsable » - est un scénario de politique publique et de comportements individuels responsables. L’infrastructure publique ciblée, la possibilité réglementaire et technique de tarifier de façon contrastée tant le KWh que l’acheminement, enfin les systèmes de programmation, tout cela incite à charger facilement chez soi, la nuit et moins cher. La charge en journée est possible lorsqu’on en a vraiment besoin, mais elle est chère, avec un prix de la charge maximal à la pire heure, et un prix un peu moindre en milieu d’après-midi.

Le scénario « DR Responsable » aboutirait à des émissions de 32g par km, soient 76% de moins que pour un véhicule thermique. Le coût du plein économiserait 30% par rapport à un plein d’essence. Les investissements s’élèveraient à 3,0 Mds d’euros, dont 0,8 Md sur la voie publique. La pointe d’hiver ne serait aggravée que de 245 MW. Et la tonne de CO2 évitée reviendrait à 217 euros/TCO2 (le delta de coût des batteries plus motorisation électrique versus motorisation thermique reste à inclure).

Coûts aux 100 km

Coûts aux 100 km

Notons que si les bornes de recharge coûtent 30% à 50% de moins que les coûts publiés l’an dernier, ce qui nous semble plausible, le coût de la tonne CO2 évitée serait de 156 à 116 euros/TCO2 (hors batteries et motorisation).

Sensibilité aux coûts des bornes de recharge

Sensibilité aux coûts des bornes de recharge

La méthode pour l’évaluation du contenu CO2 est marginale, avec un contenu du CO2 de 600g/KWh entre 8h et 22h (incrément de production électrique à deux tiers de centrales à gaz  et à un tiers de centrales à charbon). Le contenu incrémental nocturne est prix égal à 0g/KWh entre 22h et 8h du matin, dans la mesure ou il permettrait de moins moduler le parc nucléaire. L’hypothèse forte est qu’on réfléchit à parc français non interconnecté à la plaque européenne, ce qui peut légitimement être discuté. Pour résumer, le scénario « DR responsable » économiserait 500 euros par an et par véhicule pour la partie infrastructure.

En outre l’étude montre que jouer sur l’heure de charge génèrerait un gain supplémentaire sur la fourniture d’électricité de 50 à 200 euros par véhicule et par an, selon le degré de flexibilité acceptée par le client. Le degré de flexibilité dépend à la fois du nombre de kW engagés par le client (typiquement de 1 à 3 kW), du type de switch horaire accepté, et du nombre d’heures par an. Ce deuxième gain de 50 à 200 euros par véhicule et par an serait à partager entre le client et les acteurs de la chaîne de valeur, en particulier pour le financement de l’infrastructure de comptage et de roaming, qui n’a pas été chiffré dans l’étude.

Enjeux financiers pour 1 kW de flexibilité engagée, selon l’offre de recharge  acceptée par le client.

Enjeux financiers pour 1 kW de flexibilité engagée, selon l’offre de recharge acceptée par le client.

En conclusion, nous croyons que la mobilité électrique doit être exemplaire en matière d’approche durable pour faire la différence, parce que c’est la condition même de son existence. Les véhicules thermiques resteront hautement compétitifs grâce à leurs progrès parallèles en matière de conception et de motorisation. Mais la mobilité électrique est indispensable pour apporter un peu de souplesse dans le mix énergétique de ce secteur, ce qu’il n’a absolument pas actuellement et ce qui posera de vrais problèmes stratégiques, économiques et pratiques dans les dix à vingt ans à venir s’il reste entièrement centré sur le pétrole.

Pour engranger les bénéfices de la mobilité électrique, les autorités publiques et de régulation devront organiser le marché de l’offre et de la demande à la fois de façon statique (programmation pluriannuelle des infrastructures de recharge) et dynamique (incitants horosaisonniers jour-nuit). A minima la gestion de la demande prendra la forme de compteurs individualisés par borne de recharge avec les signaux tarifaires correspondants et l’interdiction des forfaits. Si forfaits il y a malgré tout, ils devront être très différenciés selon le moment de charge jour/nuit. Cela permettra de gains de l’ordre de 550 euros par an et par véhicule.

Au mieux les autorités publiques et de régulation imposeront des réglementations et des infrastructures avancées de comptage et de facturation permettant le demand response dynamique sur une base horaire et l’adaptation fine aux besoins du système électrique, y compris l’adaptation à l’intermittence renouvelable. Le gain sera de l’ordre de 700 euros par an et par véhicule. L’étude Capgemini montre donc que le pilotage de la demande (Demand Response statique et dynamique) est une condition forte de la rentabilité économique et environnementale de la mobilité électrique. L’étude Capgemini montre donc que le pilotage de la demande (Demand Response  statique et dynamique) est une condition forte de la rentabilité économique et environnementale de la mobilité électrique.

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Alain Chardon est Directeur Cleantechs & Decarbonate chez Capgemini Consulting.

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