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31/05/2011 | CSTB - Dpt Enveloppe & Revêtements | Div. Matériaux PAGE 1 La place du véhicule électrique comme nouvel équipement électrodomestique Daniel.

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1 31/05/2011 | CSTB - Dpt Enveloppe & Revêtements | Div. Matériaux PAGE 1 La place du véhicule électrique comme nouvel équipement électrodomestique Daniel QUENARD CSTB ENPC-LVMT-RENAULT Lundi 4 Juillet 2011 crisis

2 Ménages : Logement/Déplacements Chiffres-Clés BEPOS + VE : modèle CSTB Quelques exemples à travers le monde Conclusion Sommaire

3 Ménages : Emissions de CO2 Logement+Transport : 84 % Source : GREEN INSIDE – IPSOS

4 Ménages : Logement Chauffage/Energie : 84 % CO 2 Source : GREEN INSIDE – IPSOS

5 Ménages : Transports Véhicule Personnel : 79% CO 2 Source : GREEN INSIDE – IPSOS

6 Chauffage et Transports Echelle : France/Foyer Chaudières Cheminées Moteurs Pots déchappement BILAN ENERGETIQUE France 2006 Énergies renouvelables et développement local Lintelligence territoriale en action Rapport de MM. Claude BELOT et Jean-Marc JUILHARD, Sénateurs Foyer France

7 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 Uranium Hydraulique

8 Source : Lille Métropole Famille : 3 personnes m² - Gaz naturel Performance & Localisation

9 Dépenses énergétiques des ménages :8,4 % budget 4,8 % énergie du logement 3,6 % carburant automobile. LOGEMENT Chauffage Eau Chaude Sanitaire Cuisson Equipement électrique de la maison DEPLACEMENT Carburant pour les véhicules. Logement : surface dhabitation et source dénergie utilisée pour le chauffage. Léloignement des villes-centres est, quant à lui, le facteur clé en terme de dépenses en carburant. Source :

10 PAGE 10 Faible consommation Production locale Mobilité consommationproductionénergie grisemobilité Bâtiment/OccupantsLocalisation

11 Connaissance des usages Le VE, unité de stockage délectricité Stockage stationnaire Support réseau Production locale EnR Véhicule électrique – Stockage dappoint Consommation électrique Etat du réseau électrique Prévisions météorologiques PAGE 11 Connaissance des déplacements

12 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 dénergie électrique dans le bâtiment

13 Objectifs de létude Développer une 1 ère version dun outil de simulation permettant létude dun 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 dutiliser 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

14 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

15 Ordres de priorité du système PAGE 15 P pv_conso = P conso (si diff_p_c = 1) P pveff P pv_conso = P pveff (si diff_p_c = 0) P pv_VE = P pveff - P conso ( Si Ppveff – Pconso < Pcharge_VE) P pv_bat = P pveff - P conso - P pv_VE ( Si Ppveff - Pconso - Ppv_VE < Pcharge_bat) Si diff_p_c = 1 P pv_VE = P charge_VE ( Si Ppveff – Pconso > Pcharge_VE) P pv_bat = P charge_Bat (Si Ppveff - Pconso - Ppv_VE > Pcharge_bat) P pv_bat = P pveff - P conso - P pv_VE – P pv_bat Si pr_VE = 0 Si bp_VE = 1 Si P pv_VE = P charge_VE Si bp = 1 Si P pv_bat = P charge_Bat ou Priorité

16 Ordres de priorité du système P pv_conso = P pveff P pveff P bat_conso = P conso -P pveff Si bv = 1 Si Recharge_res > 22h & SOC_BatVE < limSOCBatVE P res_conso = P conso -P pveff Si diff_p_c = 0 P res_VE = P charge_VE Priorité PAGE 16

17 Représentation graphique sous TRNSYS PAGE 17

18 Utilisation de loutil: Choix des paramètres dentrée et exploitation des résultats NomD é finitionUnit é s pas2tpglobPas de temps de la simulation ( à mettre en fraction)heure duree_simuDur é e de la simulationheure PchargeBatPuissance de charge de la batterieW PchargeVEPuissance de charge des batteries du VEW Ppv_desireePuissance crête install é e de la centrale photovolta ï que (domicile) – multiple de 165W Ppv_desireeWorkPuissance crête install é e de la centrale photovolta ï que (lieu de travail) – multiple de 165 W CapaBat_desireeCapacit é totale de la batterie d é sir é ekWh nb_km_DTDistance domicile – travail consid é r é e (aller/retour)Km Nb_km_WEDistance parcourue en moyenne chaque jour du week-endKm limSOCBatVEConsigne d é tat de charge des batteries du VE en fin de journ é e[0 ;1] DOD_BatProfondeur de d é charge des batteries stationnaires autoris é e[0 ;1] DOD_VEProfondeur de d é charge des batteries du VE autoris é e[0 ;1] - Résultats graphiques TRNSYS - Fichier Excel PAGE 18

19 Scenarii testés Prod PV domicileProd PV travailDplct VEStockage stationnaire 30 m ² 22 m ² sans 8 m ² Med.MoySansAuton.4hAuton.2j scenario écrêtage 1 ère possibilité: Intégration dun stockage stationnaire 2 ère possibilité: Recharge sur le lieu de travail 3 ère possibilité: Compromis entre les 2 Scenarii de base PAGE 19

20 Courbe de charge journalière scenario 3, journée davril PAGE 20 Etat de charge VE Etat de charge Batteries Conso Maison Prod PV Alimentation par batterie Puissance (W) SOC (%) Absence du VE Recharge batterie par PV

21 Scenarii de base Usages de la production photovolta ï que 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 r é inject é sur le r é seau) Consommation tot. = 3985 kWhConsommation tot. = 5881 kWh Valeurs remarquables : - Passif / producteur d é nergie 35,4% du temps (pas de recours au r é seau) - VE recharg é à hauteur de : 77.6% par le solaire 26.6% par le solaire Scenario 1 & 2 PAGE 21

22 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: euros Durée de vie théorique: 20 ans Prix indicatif: 600 euros Durée de vie théorique: 5 ans Dimensionnement optimal (économique & énergétique) à faire

23 Electroménager 3000kWh/an 10 kWh/jour 1000 kWh/pers Ecrêtage 3 kWh/jour 150/200 Wh/km 200 km 100 km 80% < 60km Source : IFRI-IEA-Fulton Les Batteries

24 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: Usage de la production PV Se loger, se déplacer, quel électricité? 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 daugmenter encore cette valeur si plusieurs VE et foisonnement)

25 Exemple de résultats sur une semaine Scenario 7 (distance médiane) – fin août SOC du VE dans une plage élevée de valeurs (hors mois dhiver) VE rechargé à partir de la production PV à hauteur de 95%! (65% PV travail – 30% PV domicile – 5% réseau) PAGE 25 Puissance (W) SOC (%)

26 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 lannée, 1 seul dépassement du seuil (15 minutes) - Batteries pleines 91 % du temps - Transit dénergie dans batteries: 12.6 kWh (= 4.2 cycles charge/décharge) PAGE 26 Puissance (W) SOC (%)

27 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 lélectricité, 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 dun 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

28 Expérimentation sur le site du CSTB Grenoble OBJECTIFS: - Acquisition de données réelles - Corrélation avec simulations sous TRNSYS - Proposition dune IHM - Intégration dun moyen de stockage stationnaire PAGE 28 Présentation de linstallation 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 km dautonomie, 80 km/h max - Rechargé sur bornes sous labri par production PV ou réseau - Consommation: Wh/km (3795 kWh = ~ km)

29 Quelques remarques PAGE 29

30 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

31 Source : ACCENTURE AUTONOMIE Question Technique ou SHS ?

32 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 ?

33 Source – GM-SAE Où sont les véhicules ? France : 16 Millions Maisons Individuelles 16 Millions Prises ??

34 Premiers Retours dExpérience 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 quun 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 linstallation de prises « à la maison » semble être un investissement plus efficace pour faciliter le développement des VE que linstallation dinfrastructures publiques (Rapport PlaNYC)

35 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 Source :Moving Ahead Aerovironment

36 VHR S TRASBOURG UTILISATION DES INFRASTRUCTURES DE CHARGE Recharge : 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% dentre eux se sont même rechargés plus dune 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 daffilée (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 dutilisation au quotidien, incitation à adopter naturellement un style de conduite plus respectueux de lenvironnement Source : EDF

37 Exemples à travers le monde

38 Habitat & Voiture à Emission Nulle SOURCE : Buildings Technology In the Vanguard of Eco-efficiency Ernst Ulrich von Weizsäcker, MP – SB05 – Tokyo OPTION TOUT ELECTRIQUE Voiture électrique Plutôt pour les déplacements urbains et péri-urbains Toiture et/ou Façades Photovoltaïque Eolien Intégré

39 Toyota Dream House Toyota : Constructeur Véhicules & Maisons La Toyota Prius Hybrid (essence –électrique) peut être utilisée pour fournir de lélectricité à la maison pendant 36 heures en cas durgence. Les capteurs photovoltaïques de la maison permettent de recharger les batteries de la voiture. OPTION HYBRIDE Maison « station-service » Voiture « cogénérateur »

40 Projet Living & Mobility Université de Lucerne-CH Echelle locale

41 Projet Living & Mobility Université de Lucerne-CH

42

43 Projet MEREGIO - Allemagne Borne Bidirectionnelle

44 SMARTGRID-SMARTHOUSE

45 Projet SHARP - ECOHOUSE

46 Projet HONDA E_KIZUNA

47 Projet Volvo-A-HUS-Vattenfall One Tonne Life

48 Projet Volvo-A-HUS-Vattenfall One Tonne Life

49 Projet Volvo-A-HUS-Vattenfall One Tonne Life

50 Projet Démonstrateur Smart Grid - Village Rokkasho - Japon Smart Grid Demonstration project in Rokkasho Village – JWD – Toyota – Panasonic - Hitachi « Lintégration totale entre résidence et voiture est enfin arrivée » Senta Morioka, PDG de Toyota Home Décembre 2010

51 Projet Energie-Plus-House Berlin

52 Concept MFC 2020 PAGE 52

53 Mitsubishi: i-MiEV alimentation équipment électro-domestique PAGE 53 Aujourdhui : Alimentation dun téléphone ou dun ordinateur portable. Demain : Prise : 100 V Puissance : 1500 W Batterie lithium-ion : 16 kWh, Consommation dun ménage pour environ 1, 5 jour

54 Intérêt Economique ? Source – RTE-SIA-lExpansion

55 Une idée ancienne … 1912 Source : Hermes La voiture comme cogénérateur mobile La voiture, comme système de chauffage CSTB Magazine n°98, oct

56 Merci de votre attention PAGE 56 HybridPlugin_05.exe


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