Upload
rosaire-parent
View
104
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
31/05/2011 | CSTB - Dpt Enveloppe & Revêtements | Div. Matériaux PAGE 1
La place du véhicule électrique comme nouvel équipement électrodomestique
Daniel [email protected] - 04 76 76 25 46
ENPC-LVMT-RENAULTLundi 4 Juillet 2011
crisis
Ménages : Logement/DéplacementsChiffres-Clés
BEPOS + VE : modèle CSTB
Quelques exemples à travers le monde
Conclusion
Sommaire
Ménages : Emissions de CO2Logement+Transport : 84 %
Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011
Ménages : LogementChauffage/Energie : 84 % CO2
Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011
Ménages : TransportsVéhicule Personnel : 79% CO2
Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011
Chauffage et TransportsEchelle : France/Foyer
ChaudièresCheminées
MoteursPots d’échappement
BILAN ENERGETIQUE France 2006Énergies renouvelables et développement localL’intelligence territoriale en actionRapport de MM. Claude BELOT et Jean-Marc JUILHARD, Sénateurs
Foyer
France
Combustion :Epuisement des ressources
40 %
29 %
21 %
Bâtiments + Transports~ 70 %
Consommation Finale Energie
Bâtiments
~ 70 % Chauffage/ECS
chaudières : fioul-gaz-bois électricité
Transports
~ 50 % VP
moteurs combustion interne
(98% pétrole)
Chiffres 2006
UraniumHydraulique
Source : Lille Métropole
Famille : 3 personnes - 100 m² - Gaz naturel
Performance & Localisation
Dépenses énergétiques des ménages2006
2006 : 8,4 % budget4,8 % énergie du logement 3,6 % carburant automobile.
LOGEMENTChauffageEau Chaude SanitaireCuissonEquipement électrique de la maison
DEPLACEMENTCarburant pour les véhicules.
Logement : surface d’habitation et source d’énergie utilisée pour le chauffage.
L’éloignement des villes-centres est, quant à lui, le facteur clé en terme de dépenses en carburant.
Source : http://www.lefigaro.fr/conso/2010/10/12/05007-20101012ARTFIG00753-energie-les-francais-depensent-2300euros-par-an.php
PAGE 10
Faible consommationProduction locale
Mobilité
éner-givore neuf optimisé faible moyen fort faible forte faible fort
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
transport
energie grise
PV
mobilier
immobilier
kWhe
p /
m².a
n
consommation production énergie grise mobilité
Bâtiment/Occupants Localisation
Connaissance des usages
Le VE, unité de stockage d’électricité
Stockage stationnaire
Support réseau
Production locale EnR
Véhicule électrique – Stockage d’appoint
Consommation électrique
Etat du réseau électrique
Prévisionsmétéorologiques
PAGE 11
Connaissance des déplacements
Simulation sous TRNSYS
Intérêts:
• Utilisation de données précises, simulation dynamique sur une année (ou plus)• Pouvoir tester plusieurs scenarii (économiques, énergétiques,…)• Proposer des améliorations pour la partie électrique de TRNSYS• Possibilité de corréler par la suite avec la gestion thermique du bâtiment
PAGE 12
Présentation de TRNSYS Studio
• Référence (niveau international) dans le domaine de la simulation dynamique de bâtiments et de systèmes
• Utilisation principale sur des applications thermiques• Caractère modulaire intéressant, permettant une utilisation type
gestion de flux d’énergie électrique dans le bâtiment
Objectifs de l’étude
Développer une 1ère version d’un outil de simulation permettant l’étude d’un système intégrant bâtiment et transport dans une même approche, et dans un contexte de développement des EnR et des modes de transports doux. • Viabilité/intérêt d’utiliser le VE comme unité de stockage pour valoriser les EnR• Permettre le bon dimensionnement du stockage stationnaire et de la centrale PV• Le système vu du réseau (Producteur- Consommateur- Passif?)• Complémentarité avec recharge sur lieu de travail• Ecrêtage des pics
Objectifs:
Les verrous
- Connaissance sur les usages (consommation, déplacements, …)
- Données sur les technologies de stockage (stationnaire et embarqué)
- Quelle pertinence à plus grande échelle?
PAGE 13
Hypothèses
PAGE 14
Production PV et données météo Caractéristiques des PV Photowatt PW1650
Puissance unitaire = 165 W Surface = 1,34 m²
Données météo METEONORM Site considéré: Grenoble
Surface max (particulier) = 30 m² (~3.7 kWc) Surface max (lieu de travail) = 8 m² (~1 kWc)
VE et stockage stationnaire Batteries stationnaires
Technologie Plomb (40 Wh/kg – 400 W/kg – ŋ = 0.8) DOD autorisé = 0.5
Batteries « mobiles » (= VE) Caractéristiques de la B0 (ex-Blue Car) Technologie Lithium - Autonomie 200 km- 150 Wh/km DOD autorisé = 0.9
Modèle de batterie très simplifié
Conso électrique du bâtiment Basée sur relevés IEA/ECBCS (Annexe 42)
Faites en Angleterre entre 2003 et 2005 Foyer type Représentatif de la population européenne (?) Consommation moyenne = 45 kWh/m².an
Profils de consommation électriques sur une année, avec un pas e temps de 5 min
Déplacements considérés Principaux déplacements = domicile -travail
distance médiane = 8 km distance moyenne = 26 km 8h – 17h
Déplacements loisirs WE 2 cas : 25 km/WE et 50 km/WE
14h – 17h
Ordres de priorité du système
PAGE 15
Ppv_conso = Pconso
(si diff_p_c = 1)Ppveff
Ppv_conso = Ppveff
(si diff_p_c = 0)
Ppv_VE = Ppveff - Pconso
(Si Ppveff – Pconso < Pcharge_VE)
Ppv_bat = Ppveff - Pconso - Ppv_VE
(Si Ppveff - Pconso - Ppv_VE < Pcharge_bat)
Si diff_p_c = 1
Ppv_VE = Pcharge_VE
(Si Ppveff – Pconso > Pcharge_VE)
Ppv_bat = Pcharge_Bat
(Si Ppveff - Pconso - Ppv_VE > Pcharge_bat)
Ppv_bat = Ppveff - Pconso - Ppv_VE – Ppv_bat
• Si pr_VE = 0• Si bp_VE = 1
• Si Ppv_VE = Pcharge_VE
• Si bp = 1• Si Ppv_bat = Pcharge_Bat
ou
ou
Prio
rité
1
2
3
4
Ordres de priorité du système
Ppv_conso = Ppveff
Ppveff
Pbat_conso = Pconso -Ppveff
Si bv = 1
Si Recharge_res > 22h & SOC_BatVE < limSOCBatVE
Pres_conso = Pconso -Ppveff
Si diff_p_c = 0
Pres_VE = Pcharge_VE
Prio
rité
1
2
3
PAGE 16
Représentation graphique sous TRNSYS
PAGE 17
Utilisation de l’outil:Choix des paramètres d’entrée
et exploitation des résultats
Nom Définition Unités
pas2tpglob Pas de temps de la simulation (à mettre en fraction) heure
duree_simu Durée de la simulation heure
PchargeBat Puissance de charge de la batterie W
PchargeVE Puissance de charge des batteries du VE W
Ppv_desiree Puissance crête installée de la centrale photovoltaïque (domicile) – multiple de 165 W
Ppv_desireeWork Puissance crête installée de la centrale photovoltaïque (lieu de travail) – multiple de 165
W
CapaBat_desiree Capacité totale de la batterie désirée kWh
nb_km_DT Distance domicile – travail considérée (aller/retour) Km
Nb_km_WE Distance parcourue en moyenne chaque jour du week-end Km
limSOCBatVE Consigne d’état de charge des batteries du VE en fin de journée [0 ;1]
DOD_Bat Profondeur de décharge des batteries stationnaires autorisée [0 ;1]
DOD_VE Profondeur de décharge des batteries du VE autorisée [0 ;1]
- Résultats graphiques TRNSYS
- Fichier Excel
PAGE 18
Scenarii testés
Prod PV domicile Prod PV travail Dplct VE Stockage stationnaire
30 m² 22 m² sans sans 8 m² Med. Moy Sans Auton.4h Auton.2j
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
+ scenario écrêtage
1ère possibilité: Intégration d’un
stockage stationnaire
2ère possibilité: Recharge sur le lieu
de travail
3ère possibilité: Compromis entre les 2
Scenarii de base
PAGE 19
Courbe de charge journalièrescenario 3, journée d’avril
PAGE 20
Etat de charge VE
Etat de charge Batteries
Conso Maison
Prod PV
Alimentation par batterie
Pui
ssan
ce (
W)
SO
C (%
)
Absence du VE
Recharge batterie par PV
Scenarii de base
Usages de la production photovoltaïque
Quel électricité pour se loger et se déplacer? Scenario 1 Scenario 2 (distance domicile – travail = 8 km) (distance domicile – travail = 26 km)
Production PV tot. = 4783 kWh(dont 2759 kWh réinjecté sur le réseau) Consommation tot. = 3985 kWh Consommation tot. = 5881 kWh
Valeurs remarquables :
- Passif / producteur d’énergie 35,4% du temps (pas de recours au réseau)
- VE rechargé à hauteur de : 77.6% par le solaire 26.6% par le solaire
Sce
nar
io 1
& 2
PAGE 21
PAGE 22
Quelques résultats (1)
Scenario 3: C = 33 kWh (2 jours) Scenario 5: C = 3 kWh
(4h)
• Influence de la capacité de stockage
Passif/BePOS 84.2 % du temps
Permet de valoriser près de 30 % de la production PV(équivalent 50 cycles charge/décharge)
Passif/BePOS 54.9 % du temps
Permet de valoriser près de 13 % de la production PV(équivalent 200 cycles charge/décharge)
Prix indicatif: 6 600 euros
Durée de vie théorique: 20 ans
Prix indicatif: 600 euros
Durée de vie théorique: 5 ans
Dimensionnement optimal (économique & énergétique) à faire
Electroménager3000kWh/an10 kWh/jour1000 kWh/pers
Ecrêtage3 kWh/jour
150/200 Wh/km
200 km
100 km
80% < 60km
Source : IFRI-IEA-Fulton
Les Batteries
Quelques résultats (2)
• Influence des déplacements lors de la recharge sur le lieu de travail (+ domicile)
Scenario 2: (base) Scenario 8: Recharge sur lieu de travail
Bilan énergétique global similaire au scenario de base pour des trajets de faible distance MAIS intéressant pour des déplacements plus important:
Usa
ge d
e la
pro
duc
tion
PV
Se
loge
r, s
e d
épla
cer,
qu
el é
lect
ricité
?
Valorisation de la production PV: + 11%
Bilan global: + 12% issu du PV
REMARQUE: non-prise en compte ici de la consommation propre au lieu de travail
PAGE 24
(Possibilité d’augmenter encore cette valeur si plusieurs VE et foisonnement)
Exemple de résultats sur une semaine Scenario 7 (distance médiane) – fin août
SOC du VE dans une plage élevée de valeurs (hors mois d’hiver) VE rechargé à partir de la production PV à hauteur de 95%!
(65% PV travail – 30% PV domicile – 5% réseau)
PAGE 25
Pui
ssan
ce (
W)
SO
C (%
)
Utilisation particulière du stockage:Ecrêtage des pics de consommation
Stockage stationnaire, une solution pour effacer les pics de consommation? - Application sur scenario 5 (stockage = 3 kWh)
- Utilisation des batteries lorsque demande réseau > 3 kW
Tarifs EDF: Tarif Bleu, base
Résultats- Sur l’année, 1 seul dépassement
du seuil (15 minutes)
- Batteries pleines 91 % du temps
- Transit d’énergie dans batteries: 12.6 kWh (= 4.2 cycles charge/décharge)
PAGE 26
Pui
ssan
ce (
W)
SO
C (%
)
Conclusions / Perspectives
Améliorations envisageables à court termes: Prise en compte de la technologie de batteries (Type de charge, autodécharge, durée de vie, etc…)
Diversification des scenarii: Utilisation aléatoire du véhicule, …
Etude économique: Evolution du prix de l’électricité, coût global des technologies
Impact environnemental global
Perspectives:• Etude énergétique global du système bâtiment + transports (thermique et
électrique)
• Application à plus grande échelle
• Comparaison V2H – V2G
• Stockage dispersé, équipements intelligents
Conclusions:
- 1ère version d’un outil opérationnel permettant de traiter dans son ensemble les questions énergétiques relatives aux bâtiments et aux transports associés
- 1ères simulations ont permis de mettre en avant des pistes à développer plus en détail
PAGE 27
Expérimentation sur le site du CSTB Grenoble
OBJECTIFS:
- Acquisition de données réelles
- Corrélation avec simulations sous TRNSYS
- Proposition d’une IHM
- Intégration d’un moyen de stockage stationnaire
PAGE 28
Présentation de l’installation photovoltaïque:- 2 places de parking
- 24 m² de PV, soit Pc = 3.45 kWc
- Production estimée: 3795 kWh/an
- Consommation totale sur site
Présentation du VE présent
- VE Saxo, ancienne génération
- 60-70 km d’autonomie, 80 km/h max
- Rechargé sur bornes sous l’abri par production PV ou réseau
- Consommation: 150-200 Wh/km (3795 kWh = ~ 21 500 km)
Quelques remarques
PAGE 29
Autonomie : un problème ?
La moitié des salariés travaillent à moins de 10 km de leur domicile.Plus de la moitié des véhicules est utilisée pour effectuer le trajet domicile-travail
Distance moyenne domicile-travail = 25,9 km Distance médiane domicile-travail = 7,9 km
87 % des personnes font moins de 60 km/jour en voiture
Stationnement : 4 à 8h
Gare/Parking Relais
Source : ACCENTURE
AUTONOMIEQuestion Technique ou SHS ?
Source : Lille Métropole
Temps de recharge ?
Les voitures ne sont utilisées que 5 % du temps,… reste donc 95 % du temps pour les recharger,… le temps de recharge est-il un problème ?
Source – GM-SAE
Où sont les véhicules ?
France : 16 Millions Maisons Individuelles16 Millions Prises ??
Premiers Retours d’Expérience
UK :Utilisateurs : familles multi motorisées, aux revenus supérieurs à la moyenne, parking privé
chaque déplacement journalier domicile-travail en VE.
Bornes de Recharge : principalement sur le lieu travail et à leur domicile. les bornes en voirie restent en bon état mais sont très peu utilisées. celles installées dans les parkings = une place de stationnement (sans recharge).
Les bornes publiques ne répondent pas véritablement aux contraintes technologiques, ni à la demande actuelle. (Rapport du Cabinet « Element Energy »)Paradoxalement, cette analyse est à tempérer par le fait qu’un réseau dense de bornes publiques serait considéré par les londoniens comme un signe de confiance de la part des pouvoirs publics et un moyen de réassurance non négligeable contre le risque de panne sur la voirie.
USA : 95% des utilisateurs préfèrent la recharge “à la maison” (Rapport EPRI)Favoriser l’installation de prises « à la maison » semble être un investissement plus efficace pour faciliter le développement des VE que l’installation d’infrastructures publiques (Rapport PlaNYC)
Au niveau des constructeurs automobiles
- Nissan : Andy Palmer (Vice Président) demandait plus d'infrastructure de charge dans les lieux publics . Pourtant lors de la conférence « Infrastructure de Recharge 2011 » de San Diego , Nissan faisait partie du panel de constructeur déclarant que les performances des batteries actuelles ne nécessitaient pas l'utilisation de bornes de charges sur la voie publique.
- BMW-Mini : L'entreprise allemande a terminé l'expérimentation de 450 Mini - Electrique aux USA, les premiers retours d'expérience montrent que les utilisateurs ont chargé 1 fois par jour et principalement à leur lieu de domicile. Etant donné le peu d'infrastructure installée , il est fort possible que les participants du test n'aient simplement pas eu la possibilité de charger dans des lieux publics. Cependant il est remarquable de constater que le taux de satisfaction des clients reste très fort alors même que les infrastructures de charge publique étaient inexistantes.
- General Motors : Larry Nitz déclarait récemment que les besoins d'infrastructure de charge en dehors du lieu de travail et du domicile étaient sans importance.
Source : ADIT Etat-Unis- 245 - 2011 Source :Moving Ahead 2010 - Aerovironment
VHR STRASBOURGUTILISATION DES INFRASTRUCTURES DE
CHARGERecharge : en moyenne 1 fois/jour sur un des 155 points de charge installés,
très majoritairement sur leur lieu de travail et à leur domicile (96%).40% d’entre eux se sont même rechargés plus d’une fois par jour.
Points de charge : majoritairement sollicités aux heures de pointe (8 h en arrivant au travail ; 19h en rentrant à la maison) utilisés en moyenne pendant 78 minutes d’affilée (N.B. : la charge complète « à vide » 100 minutes).
Les bornes publiques (parking et voirie) ont été très peu utilisées (4%) même si elles présentent un réel avantage pour se garer en ville. (chère la place !)
VHR : agrément de conduite,grande facilité d’utilisation au quotidien,incitation à adopter naturellement un style de conduite plus respectueux de
l’environnement Source : EDF
Exemples à travers le monde
Habitat & Voiture à Emission Nulle
SOURCE : Buildings Technology In the Vanguard of Eco-efficiencyErnst Ulrich von Weizsäcker, MP – SB05 – Tokyo - 2005
OPTION TOUT ELECTRIQUE
Voiture électriquePlutôt pour les déplacements urbains et péri-urbains
Toiture et/ou Façades Photovoltaïque Eolien Intégré
Toyota Dream HouseToyota : Constructeur Véhicules & Maisons
La Toyota Prius Hybrid (essence –électrique) peut être utilisée pour fournir de l’électricité à la maison pendant 36 heures en cas d’urgence.
Les capteurs photovoltaïques de la maison permettent de recharger les batteries de la voiture.
OPTION HYBRIDEMaison « station-service »Voiture « cogénérateur »
Projet Living & MobilityUniversité de Lucerne-CH
Echelle locale
Projet Living & MobilityUniversité de Lucerne-CH
Projet Living & MobilityUniversité de Lucerne-CH
Projet MEREGIO - Allemagne
Borne Bidirectionnelle
SMARTGRID-SMARTHOUSE
Projet SHARP - ECOHOUSE
Projet HONDA E_KIZUNA
Projet Volvo-A-HUS-VattenfallOne Tonne Life
Projet Volvo-A-HUS-VattenfallOne Tonne Life
Projet Volvo-A-HUS-VattenfallOne Tonne Life
Projet Démonstrateur Smart Grid - Village Rokkasho - Japon
Smart Grid Demonstration project in Rokkasho Village – JWD – Toyota – Panasonic - Hitachi
« L’intégration totale entre résidence et voiture est enfin arrivée » Senta Morioka, PDG de Toyota HomeDécembre 2010
Projet Energie-Plus-HouseBerlin
http://www.bmvbs.de/SharedDocs/DE/Artikel/B/neues-energie-plus-haus-berlin.html?nn=36210
Concept MFC 2020
PAGE 52
Mitsubishi: i-MiEV alimentation équipment électro-domestique
PAGE 53
Aujourd’hui :Alimentation d’un téléphone ou d’un ordinateur portable.
Demain :Prise : 100 VPuissance : 1500 W
Batterie lithium-ion : 16 kWh,Consommation d’un ménage pour environ 1, 5 jour
Intérêt Economique ?
Source – RTE-SIA-l’Expansion
Une idée ancienne …
1912
Source : Hermes
La voiture comme cogénérateur mobileLa voiture, comme système de chauffageCSTB Magazine n°98, oct. 1996
1996
Merci de votre attention
PAGE 56HybridPlugin_05.exe