1.3 V2G Smart Grid
1.3.2 Recherches des pionniers
Les recherches de Willet Kempton et coll. pour UC Davis
Dès 2001, W. Kempton47 et coll. publiaient un rapport [16] dans lequel ils détaillent les pos-
sibilités d’utiliser des flottes de véhicules en interaction avec le réseau électrique californien
pour sa régulation.
L’équipe étudie trois paramètres des véhicules électriques : – la ressource que représente les véhicules électriques – la disponibilité de ces véhicules pour être connectés
– le potentiel économique de ces véhicules pour supporter le réseau pour la charge de base, les pics de puissance, comme réserve tournante ou comme service de régulation
Pour ce faire, l’étude se base sur les données des prix d’électricité de Californie pour les années 1998, 1999 et 2000 et compare trois types de véhicules :
– Véhicule électrique avec batterie (environ 10 kW) – Véhicule hybride (environ 30 kW sur moteur) – Pile à combustible (environ 40 kW)
Sur le principe que les véhicules sont immobilisés la plupart du temps et pourraient donc être branchés, l’équipe a simulé leur potentiel économique. Ils ont montré que les véhicules pou- vaient être très profitables pour leurs propriétaires si ils sont utilisés comme réserve tournante ou comme service de régulation et peuvent être profitables pour répondre aux pics de puissance mais dans une moindre mesure. Ce document qui est une base théorique incontournable sur la technologie V2G et les moyens de modélisation est complété par diverses études postérieures [17,18,19,20].
Les essais d’ACPropulsion – Alec N. Brooks, 2002
Ce projet [21], sponsorisé par le CARB48 présente une analyse détaillée des rouages de sys-
tèmes de régulation du réseau électrique49 et comment la technologie V2G peut les apporter
et ce en plus d’un support local pour les résidences. Un véhicule de test a été équipé d’un
système électrique bidirectionnel (voir 1.1.2 page 10) pour prendre de l’énergie au réseau, la
stocker dans des batteries et être capable de renvoyer cette énergie au réseau électrique. L’ar-
chitecture du système de contrôle du véhicule est présentée dans la figure 1.15. Le véhicule
était également équipé d’une connexion Internet sans fil, illustrée figure 1.16, permettant le
contrôle à distance de la gestion énergétique.
Les commandes de contrôle étaient envoyées au véhicule à intervalles de 4 secondes50 et la
réponse du véhicule était surveillée et enregistrée.
48. California Air Resources Board :http://www.arb.ca.gov/
49. California Independent System Operator :http://www.caiso.com
Figure 1.15 – Schéma de l’architecture du système de contrôle V2G envisagé par AC Pro- pulsion [21].
Figure 1.16 – Schéma de l’architecture du système de régulation envisagé par AC Propulsion [21].
Les résultats obtenus ont montré que les temps de transmission sans fil convenaient pour res- pecter les contraintes du système Cal. ISO et que la charge sur la batterie due à l’activité de régulation était sensiblement identique à la charge d’une journée d’utilisation normale de la voiture. De plus, les bénéfices pécuniaires de cette activité de régulation du réseau excèdent les coûts liés à la dégradation de la batterie dans la plupart des scénarios envisagés par cette étude.
En 2008, Alec N. Brooks a été engagé par Google [2] pour s’occuper de la recherche sur les
énergies renouvelables et l’intégration des véhicules branchables dans le réseau électrique.
Les essais d’ACPropulsion – Thomas B. Gage, 2003
Ce projet [22], sponsorisé par le CARB lui aussi décrit la conception d’un véhicule utilisant
3 sources d’énergies (électrique, essence, gaz naturel) avec une propulsion hybride série. Le véhicule disposait d’une autonomie de 56 kilomètres sur batterie uniquement avec des perfor- mances suffisantes pour rouler sur autoroute. Lorsque la batterie atteint un seuil critique de décharge, le moteur à combustion prenait le relais pour fournir de l’électricité au moteur élec-
trique et recharger la batterie51. De plus ce véhicule pouvait se recharger en 1 heure connecté
au réseau électrique, générer de l’électricité soit à partir du moteur à combustion interne avec de l’essence soit avec du gaz naturel et ce pour recharger les batteries ou fournir de l’électricité au réseau électrique ou une autre destination (résidence par exemple lors d’une coupure de courant).
Tout comme dans le projet précédent d’AC Propulsion [21], le véhicule était équipé d’une
liaison Internet sans fil qui assurait le contrôle de la gestion énergétique de l’engin. Ce véhi- cule a été testé sur près de 10 000 kilomètres en circulation et à l’arrêt. Le rapport étudie l’efficacité des différents modes de fonctionnement d’un tel véhicule ainsi que son impact sur l’environnement.
L’essai de W. Kempton en 2008 avec une eBox d’ACPropulsion
En 2008, W. Kempton et coll. ont publié [23] sur une expérimentation en conditions réelles
d’un véhicule électrique pour le stockage de l’énergie et la régulation de fréquence du réseau
PJM52. Ces travaux ont été réalisés en partenariat industrie-université.
51. Exactement le même principe que pour la Chevrolet Volt. 52. http://www.pjm.com/
Figure 1.17 – Photo du stand de démonstration de la eBox modifiée par Kempton et coll. [23].
L’essai a été réalisé avec une eBox (1.1.2page12) dont le système a été modifié pour gérer et
réagir aux signaux de l’ISO (Independent System Operator) PJM pour participer à la régula-
tion du réseau en temps réel. La figure1.17 montre cette eBox modifiée reliée à un compteur
électrique spécialement installé pour afficher les échanges bidirectionnels.
À l’Université du Delaware, une passerelle de communication commerciale Arcom Director53
(matériel utilisé par les fournisseurs de services auxiliaires traditionnels qui ont pour charge de garder la fréquence et la tension du réseau électrique dans des limites acceptables) a été installée dans la voiture pour recevoir le signal de PJM et contrôler la charge et la décharge, la connexion est filaire avec un câble ethernet. Le véhicule répondant aux signaux de PJM est ca- pable de délivrer 19 kW et de répondre en moins d’une seconde. Les chercheurs de l’Université du Delaware ont imaginé un protocole de communication entre les systèmes et ont coordonné les modifications logicielles nécessaires avec AC Propulsion, Arcom et PJM.
Lorsqu’elle est branchée, la voiture envoie à un serveur de l’université les données sur l’état de charge de la batterie, la capacité de la prise de courant, le voltage de la batterie, le courant, le signal de régulation et d’autres variables, tout ceci est stocké sur le serveur. Les tests de régulation réalisés pendant la nuit, ont montré que cette régulation était majoritairement à la
baisse, donc privilégiant la recharge du véhicule. Un exemple de résultat, présenté figure1.18,
montre clairement que le véhicule se recharge plus qu’il n’envoie d’électricité au réseau.
Figure 1.18 – Régulation pendant la nuit avec des demandes de régulation à la baisse domi-
nantes (charge de la batterie) [23].
Encore une fois Kempton souligne que cette technologie serait particulièrement bien inté- grée dans une économie où la production électrique serait plus dépendante des énergies re-
nouvelables [20], les voitures stockant l’énergie quand les éoliennes, panneaux solaires, etc.,
produisent un surplus d’énergie et redistribuant cette énergie au réseau lors de creux de pro- duction.
Satisfaite des résultats obtenus avec cette eBox qui lui était prêtée, l’Université du Delaware l’a achetée et prévoit de constituer une flotte de véhicules d’un MW pour prendre un contrat
d’A/S54et tester le modèle technique et économique présenté à plus grande échelle. L’univer-
sité possède actuellement 15 Mini-E offertes par BMW avec des chargeurs bidirectionnels de 18 kW, soit une flotte pouvant totaliser 270 kW.