Sujet spécial : impact de l'introduction de masse des véhicules électriques

8. En 2014, on comptait 5,6 millions de voitures en Belgique⁷. Elles ont parcouru au total 83,9 milliards de kilomètres, soit en moyenne environ 15.000 kilomètres par voiture par an, ou en moyenne 41 kilomètres par voiture par jour.

9. En 2016, la Belgique comptait 4.368 voitures particulières électriques, soit moins de 0,08 % du nombre total de voitures particulières. Bien que les voitures électriques soient toujours rares, bon nombre de grandes entreprises automobiles semblent miser sur l'introduction massive de voitures particulières électriques⁸ dans un avenir proche. Cela aura un impact sur le marché de gros de l'électricité. Il est difficile de prédire la vitesse de cette introduction massive et si elle se produira réellement.

10. Dans ce sujet spécial, nous allons brièvement analyser l'impact d'une telle introduction massive de véhicules électriques en Belgique sur la consommation d'électricité et sur les besoins en approvisionnement.

2.2.1. Caractéristiques de la voiture particulière électrique

11. La voiture particulière électrique typique est supposée présenter une capacité de stockage de batterie de 50 kWh. Il s'agit probablement d'une sous-estimation de la capacité réelle des futures voitures particulières électriques, puisque le coût des batteries continue de baisser et que l'autonomie des voitures continue d'augmenter. Nous pouvons affirmer que plusieurs voitures proposées sur le marché présenteront une autonomie supérieure à 300 km.

7 Données sur les voitures particulières en Belgique provenant du SPF Économie : http://statbel.fgov.be/fr/statistiques/chiffres/circulation_et_transport/circulation/parc/.

8 Thierry van Kan, président de la Febiac, la Fédération belge de l'Automobile et du Cycle, a déclaré qu'il prévoyait qu'en 2020, environ 20 % des ventes de voitures en Belgique concerneraient des véhicules électriques, soit l'équivalent de 100.000 véhicules par an. (De Tijd, 20 juin 2017, http://www.tijd.be/ondernemen/auto/Voorzitter-autolobby-Tijd-van-de-petrol-is-voorbij/9905794).

12. En ce qui concerne la consommation électrique, la VAB prévoit 0,15 kWh/km⁹. D'autres sources indiquent toutefois que la consommation individuelle réelle sera supérieure. Nous prévoyons donc une consommation électrique bien plus grande, soit 0,20 kWh/km¹⁰. La consommation électrique quotidienne moyenne par voiture est donc de 0,20 kWh/km * 41 km = 8,2 kWh.

Tableau 2 : Caractéristiques d'une voiture particulière électrique typique Sources : VAB et CREG

13. Grâce à ces caractéristiques, il est facile de calculer la consommation électrique supplémentaire et la capacité de stockage de la batterie lorsque l'utilisation des voitures particulières électriques augmentera fortement. Le tableau suivant illustre cet impact pour un certain nombre de voitures électriques.

Tableau 3 : Consommation électrique et capacité de stockage de la batterie en fonction du nombre de voitures particulières électriques

Source : CREG

14. Étant donné la consommation électrique annuelle d'environ 80 TWh, il est clair que même avec un million de voitures, l'impact sur la consommation totale est faible : une augmentation de 3 TWh ou d'un peu moins de 4 %. Ce n'est qu'une fois que plusieurs millions de voitures seront électriques que l'on observera un impact significatif sur la consommation électrique.

15. En revanche, l'impact relatif sur la capacité de stockage en Belgique devient significatif, même avec un nombre relativement limité de voitures électriques. La capacité de stockage actuelle en Belgique est d'environ 6 GWh¹¹. Cent mille véhicules électriques d'une capacité de 50 kWh chacune entraîneront déjà une augmentation de 5 GWh, ou feront pratiquement doubler la capacité de stockage existante. Évidemment, une partie de cette capacité sera utilisée à des fins de conduite. Or, puisque la capacité de stockage de chaque voiture est bien supérieure aux besoins quotidiens moyens en termes de conduite, la majeure partie de la capacité de stockage ne sera (en moyenne) pas utilisée pour la conduite et sera « libre » d'utilisation sur le marché de l'électricité. Avec un stockage de

9 https://www.vab.be/nl/nieuws/2016/8/10/kostelektrischrijden.

10 Une consommation de l'ordre de 0,15-0,22 kWh/km ne modifiera pas considérablement les conclusions.

11 Stockage hydraulique généralement pompé de Coo et PlateTaille.

Usable battery storage 50 kWh

billion km TWh % GWh GWh GWh

100,000 1.5 0.3 0.4% 0.8 5.0 4.2

250,000 3.8 0.8 0.9% 2.1 12.5 10.4

500,000 7.5 1.5 1.9% 4.1 25.0 20.9

1,000,000 15.0 3.0 3.8% 8.2 50.0 41.8

2,000,000 30.0 6.0 7.5% 16.4 100.0 83.6

5,000,000 75.0 15.0 18.8% 41.1 250.0 208.9

batterie de 50 kWh et une consommation quotidienne moyenne de moins de 10 kWh, la capacité de stockage « libre » moyenne peut être supérieure à 80 % de la capacité de stockage totale.

16. Cette capacité « libre » peut être utilisée pour fournir des services au réseau ou pour arbitrer sur le marché de gros en achetant, stockant et vendant de l'électricité. Cela implique que la voiture électrique puisse aussi fournir du courant au réseau (le principe que l'on appelle « du véhicule au réseau », ou « vehicle-to-grid »).

17. Soulignons aussi que, sans fournir du courant au réseau, une voiture électrique peut fournir des services au réseau ou arbitrer le marché de gros en ne rechargeant pas la batterie en journée, lorsque les prix sont généralement supérieurs, et en reportant la charge pendant la nuit ou le week-end, lorsque les prix sont généralement inférieurs. Le moment du chargement est crucial.

2.2.2. Demande d'électricité versus Capacité d'approvisionnement

18. Étant donné que les voitures électriques peuvent stocker de l'électricité, leur prélèvement d'électricité du réseau peut être planifié. Nous allons démontrer dans cette rubrique qu'un chargement de la batterie au moment opportun pourrait annuler le besoin d'une capacité d'approvisionnement supplémentaire, même lorsqu'il y aura un million de voitures électriques sur les routes belges.

19. On entend par moment opportun le fait que la batterie de la voiture électrique soit chargée lorsque la demande d'électricité est inférieure à la capacité d'approvisionnement maximale. Cela signifie en moyenne que le chargement n'est pas assuré pendant les heures de pointe du matin et en soirée, vu la situation actuelle. La figure ci-dessous illustre un jour ouvrable typique du mois de janvier 2016. Il est évident qu'il est possible de consommer ou de stocker de l'électricité supplémentaire la nuit, l'après-midi et en fin de soirée.

Figure 3 : Demande d'électricité pendant un jour ouvrable typique en janvier 2016 Sources : CREG et Elia

8,000 8,500 9,000 9,500 10,000 10,500 11,000 11,500 12,000 12,500 13,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

demand max

MW

20. Dans cette rubrique, la capacité d'approvisionnement maximale est grossièrement estimée comme étant la demande de réseau maximale telle que mesurée par Elia en 2016 moins 1.000 MW.

Étant donné qu'une partie de la capacité d'approvisionnement est limitée en énergie, comme la réponse à la demande et le stockage pompé, nous soustrayons 1.000 MW de la demande de réseau maximale pour déterminer une estimation approximative de la capacité d'approvisionnement maximale qui est supposée ne pas être limitée en énergie. Pour 2016, la demande de réseau maximale était de 12.734 MW. La capacité d'approvisionnement maximale est alors de 12.734 MW – 1.000 MW

= 11.734 MW. On suppose donc qu'en 2016, il y a eu 11.734 MW de capacité d'approvisionnement en Belgique qui n'ont pas été limités par l'énergie. Il s'agit de la capacité de production et de la capacité d'importation combinées.

21. La CREG est consciente qu'il s'agit d'une approche simpliste pour calculer la capacité d'approvisionnement maximale, mais vu les résultats ci-dessous, il s'agit d'une approche suffisamment bonne dans ce contexte.

22. Sur la base de la demande du réseau (par quart horaire) et de la capacité d'approvisionnement maximale (11.734 MW en 2016), il est possible de calculer l'électricité supplémentaire nécessaire, sur une base quotidienne de l’année 2016, sans dépasser la capacité d'approvisionnement maximale. La figure ci-dessous illustre ce résultat pour chaque jour de 2016 :

- la ligne orange « night (11.00pm-7.am) » : l'électricité supplémentaire quotidienne qui peut être fournie pendant la nuit (de 23h à 7h) sans dépasser la capacité d'approvisionnement maximale ;

- la ligne bleue (« day + night ») : l'électricité supplémentaire quotidienne qui peut être fournie pendant la journée sans dépasser la capacité d'approvisionnement maximale ;

- trois lignes horizontales (rouge, turquoise, verte) : la consommation moyenne quotidienne de 1, 2 ou 5 millions de voitures électriques (8,2, 16,4 et 41,1 GWh respectivement).

Figure 4 : l'électricité supplémentaire qui peut être fournie pendant la nuit/journée en comparaison avec la consommation électrique quotidienne moyenne pour 1, 2 et 5 millions de voitures particulières électriques

Sources : CREG et Elia

23. La figure illustre que la ligne rouge est inférieure à la ligne orange, ce qui signifie que la consommation quotidienne moyenne d'un million de voitures électriques peut être générée par la seule capacité d'approvisionnement disponible pendant la nuit. Même les batteries de deux millions de voitures électriques pourraient presque toujours être chargées pendant la nuit avec la capacité d'approvisionnement existante, sauf pour certains jours pendant l'hiver¹². Ce n'est que si cinq millions de voitures électriques sont sur les routes belges qu'il est évident que le chargement devrait aussi être assuré en journée, ce qui implique une infrastructure de chargement supplémentaire. Il y a en hiver plusieurs jours où la capacité d'approvisionnement existante, telle que définie dans cette analyse, ne suffira pas pour charger les cinq millions de voitures électriques. Pour plus d'un ou deux millions de voitures électriques, une approche plus sophistiquée pour calculer la capacité d'approvisionnement maximale est nécessaire.

24. Évidemment, même avec un chargement intelligent, certains véhicules électriques seront chargés pendant les heures de pointe habituelle, généralement en soirée. Cette demande de pointe supplémentaire pourrait toutefois être approvisionnée par d'autres véhicules électriques dans un modèle « véhicule-au-réseau ».

2.2.3. Conclusion

25. Bien que cette simulation se base sur une consommation quotidienne moyenne de l'électricité à des fins de conduite, ce qui simplifie la consommation réelle et les caractéristiques de conduite, la principale conclusion de cette simulation est que même avec un million de voitures électriques, nous sommes loin de dépasser la capacité de fourniture maximale pendant la nuit.

26. Cela signifie qu'une introduction massive d'un (et même deux) million(s) de voitures particulières électriques en Belgique ne fera pas baisser la sûreté d'approvisionnement, à condition que les véhicules électriques soient chargés à un moment opportun. En revanche, en consommant plus en dehors des heures de pointe, les heures de fonctionnement de la capacité de production augmenteront, ce qui fera augmenter la rentabilité et pourrait éventuellement attirer de nouveaux investissements.

27. De surcroît, même en cas d'introduction plutôt modeste, les voitures électriques pourraient devenir une source d'approvisionnement grâce à la capacité de stockage accrue : en théorie, rien que 100.000 voitures particulières électriques doubleraient pratiquement la capacité de stockage d'électricité existante en Belgique.

28. Il convient toutefois de tenir compte d'une condition primordiale par rapport aux conclusions susmentionnées : les véhicules électriques doivent être chargés à un moment opportun. Dans cette simulation, nous avons examiné les niveaux de la demande pour conclure que la voiture électrique ne devrait pas être chargée pendant les heures de pointe, mais plutôt pendant la nuit, par exemple.

Évidemment, les signaux de prix sur les marchés au comptant qui vont fournir les meilleures informations concernant le moment pour recharger des voitures électriques sont plus efficaces. Par conséquent, pour assurer une introduction massive efficace et fluide des voitures électriques, la consommation électrique pour le chargement des batteries de voiture doit être facturée par heure ou par quart d'heure. Si tel est le cas, les voitures électriques ne compromettront pas la sûreté de l'approvisionnement, mais elles l'amélioreront, tout en améliorant le fonctionnement du marché.

12 Même pendant ces jours-là, il pourrait être possible de ne pas dépasser la capacité d'approvisionnement maximale en chargeant moins pendant certaines nuits critiques et en utilisant toute la capacité des 50 kWh de batterie des voitures à des fins de conduite.