Recharge bidirectionnelle: quand la percée aura-t-elle lieu?

Les plus grandes batteries des voitures électriques actuelles stockent plus de 100 kilowattheures d’électricité. Cela correspond environ à la consommation d’électricité d’une maison individuelle en cinq jours (profil de consommation H5, source: elcom.admin.ch). Au lieu de stocker cette grande quantité d’électricité de manière statique dans la voiture électrique, il est possible d’utiliser l’énergie de manière flexible et de la restituer en cas de besoin soit au réseau domestique privé, soit au réseau électrique public. La batterie de la voiture devient ainsi un stockage intermédiaire. C’est judicieux, car la plupart des voitures sont de toute façon garées la majeure partie de la journée.

Pour cette solution de stockage, on a besoin d’une recharge bidirectionnelle: la capacité d’une voiture électrique à stocker de l’électricité dans sa batterie, mais aussi à la restituer via une borne de recharge. L’électricité peut donc circuler dans deux directions.

De quoi a-t-on besoin pour la recharge bidirectionnelle?

Outre le véhicule électrique lui-même, la borne de recharge doit également être conçue pour la recharge bidirectionnelle. Pour que le courant de la batterie puisse être renvoyé dans le réseau, il faut un onduleur, soit dans la voiture électrique, soit dans la station de recharge. Il convertit le courant continu (DC) en courant alternatif (AC).

La raison de cette transformation est que les voitures électriques fonctionnent avec du courant continu et stockent l’énergie de la même manière. Par contre, c’est du courant alternatif qui circule dans le réseau domestique et dans le réseau électrique public. Pour que le courant de la batterie du véhicule soit utilisable, il doit donc être transformé. Certes, il existe déjà des premières bornes de recharge DC pour la recharge bidirectionnelle. Mais il est tout aussi envisageable que les constructeurs automobiles intègrent l’onduleur nécessaire directement dans le chargeur embarqué des voitures électriques. Dans ce cas, des bornes de recharge AC suffisent.

La recharge bidirectionnelle nécessite en outre un système qui contrôle les processus de recharge et de décharge. Si l’électricité n’est utilisée que dans le réseau domestique privé, un système de gestion de l’énergie suffit. Par contre, si le courant doit être injecté dans le réseau électrique public, la borne de recharge est intégrée au système du gestionnaire de réseau de distribution via une interface de communication et commandée par ce dernier.

Dans les deux cas, la régulation est automatisée. Les utilisateurs·trices déterminent toutefois à quel moment la batterie de leur voiture électrique doit présenter tel ou tel niveau de charge. Il n’y a ainsi aucun risque qu’ils aient besoin de leur voiture et que la batterie soit vide.

Importance de la recharge bidirectionnelle à l’avenir

Stabilité du réseau

De plus en plus d’électricité est produite à partir d’énergies renouvelables comme l’énergie solaire et l’énergie éolienne. Cette électricité est produite en quantités fluctuantes, ce qui sollicite davantage le réseau électrique. La recharge bidirectionnelle contribue à stabiliser le réseau électrique et à éviter les congestions. «Les batteries des voitures électriques, en tant que stockages d’électricité flexibles, permettent de compenser les fluctuations de la production et de la demande et de briser les pics de puissance dans le réseau de distribution», explique Urs Mathis, responsable du Business Development Electromobility chez Energie 360°. «Grâce à la recharge bidirectionnelle, l’électromobilité devient donc utile au réseau. Elle contribue à réduire le nombre d’extensions de réseau nécessaires.»

Les batteries des voitures électriques ont un grand potentiel: si un grand nombre de voitures électriques sont mises en commun, c’est-à-dire reliées entre elles pour former une centrale électrique virtuelle, elles permettent de fournir de l’énergie et de la puissance de réglage à la société nationale de réseau Swissgrid. Celle-ci enclenche alors la centrale électrique virtuelle en quelques secondes s’il n’y a pas assez d’énergie dans le réseau électrique. Un exemple: si 9000 voitures électriques disposent chacune d’une puissance de 10 kW, elles fournissent ensemble une puissance de réglage de 900 MW. Cela correspond à la puissance de la nouvelle centrale de pompage-turbinage de Nant-de-Drance (source: Alpiq).

Optimisation de la consommation propre

Les installations solaires sont d’autant plus rentables qu’une grande partie de l’électricité solaire est consommée directement dans le bâtiment. La recharge bidirectionnelle est un instrument important pour optimiser cette consommation propre. Lorsque l’installation solaire fournit une quantité particulièrement importante d’électricité, l’énergie excédentaire est stockée dans la batterie de la voiture électrique. Si le soleil ne brille plus, la batterie réinjecte une partie de l’électricité solaire dans le réseau domestique via la borne de recharge. «Cette recharge et cette décharge se font automatiquement à l’aide d’une régulation intelligente», explique Urs Mathis, spécialiste de l’électromobilité.

Alimentation de secours

La recharge bidirectionnelle peut être une solution intéressante même si l’on ne dispose pas de sa propre installation solaire. Par exemple, lorsqu’on a besoin d’une alimentation électrique de secours fiable. En cas de panne de courant sur le réseau public, l’énergie passe alors de la batterie de la voiture électrique au réseau domestique.

Obstacles à la généralisation de la recharge bidirectionnelle

La recharge bidirectionnelle présente plusieurs applications intéressantes et est déjà techniquement réalisable aujourd’hui. Toutefois, il reste encore quelques obstacles à surmonter avant que cette technologie puisse s’imposer.

Défis technologiques

Pour stabiliser le réseau électrique au moyen du V2G, tous les composants impliqués doivent pouvoir communiquer entre eux et être coordonnés. Urs Mathis d’Energie 360° explique: «Dans la pratique, c’est loin d’être trivial, ne serait-ce qu’en raison des différences entre les batteries, les réseau de bord et les chargeurs des différentes voitures électriques. À cela s’ajoute le fait que les réseaux de distribution ne sont pas encore des Smart Grids, c’est-à-dire des réseaux intelligents et communicants.» La mise en commun de nombreuses voitures électriques pour fournir de l’énergie de réglage constitue un défi technique encore plus grand. Il faut par exemple réussir à gérer les flux d’énergie qui y sont liés avec précision et quasiment en temps réel.

Durée de vie des batteries

La recharge bidirectionnelle signifie que les batteries des voitures électriques sont chargées et déchargées beaucoup plus souvent que lors d’une utilisation normale. Une question se pose alors: quelles sont les conséquences sur la durée de vie des batteries? Selon le professeur Roger Buser, expert en énergie solaire à la Haute école de Lucerne, la sollicitation supplémentaire ne devrait toutefois guère faire de différence (source: communiqué de presse HSLU). En effet, les batteries au lithium actuelles sont conçues pour une durée de vie extrêmement longue et sont très robustes. De plus, la puissance de décharge est beaucoup plus faible avec le V2X que lorsqu’on roule.

Obstacles réglementaires

Selon l’Association des entreprises électriques suisses, il est permis d’installer et d’exploiter des bornes de recharge bidirectionnelles en Suisse. A condition de recevoir l’autorisation du gestionnaire de réseau de distribution local. Les batteries des voitures électriques sont alors traitées comme des accumulateurs stationnaires décentralisés.

Néanmoins, la recharge directionnelle se heurte encore à quelques obstacles réglementaires. Ainsi, il n’est pas possible de distinguer par des mesures si l’électricité stockée temporairement et réinjectée dans le réseau provient du réseau ou de la propre installation solaire. Par conséquent, les batteries des voitures électriques sont traitées de la même manière que les consommateurs finaux en ce qui concerne la rétribution pour l’utilisation du réseau.

Selon Urs Mathis, si cela ne joue aucun rôle financier dans l’optimisation de l’autoconsommation («vehicle to home»), il en va autrement pour ce qui est de la stabilisation du réseau («vehicle to grid»): «Dans ce cas, on mesure le courant prélevé sur le réseau et le courant injecté. Il y a ici jusqu’à présent une inégalité de traitement par rapport aux centrales de pompage-turbinage.» De plus, le gestionnaire de réseau de distribution local n’est pas tenu d’acheter et de rémunérer l’électricité injectée dans le réseau par les voitures électriques.

Rentabilité

En théorie, la recharge bidirectionnelle promet des avantages financiers. Dans le cas du «vehicle to home», la rentabilité de l’installation solaire s’en trouve améliorée. De même, une borne de recharge bidirectionnelle peut rendre l'achat d'une batterie de stockage à domicile superflu en rendant accessible la capacité de stockage de la batterie de la voiture électrique. Dans le cas du «vehicle to grid», on peut bénéficier d’une rémunération ou d’une baisse du prix de l’électricité. Ces effets positifs sont toutefois disproportionnés par opposition aux coûts supplémentaires actuels des bornes de recharge appropriées. La seule borne de recharge DC bidirectionnelle actuellement autorisée en Suisse coûte près de 14 000 francs, soit plusieurs fois le prix d’une wallbox AC classique (source: evshop.ch, novembre 2023). La recharge bidirectionnelle n’est donc pas encore rentable. De plus, ces stations de recharge à faible rendement sont encore très inefficaces pour couvrir les petites puissances typiques d'un ménage. (Source : Iwafune, Kawai sciencedirect.com)

Acceptation par les utilisateurs·trices

Le succès de la recharge bidirectionnelle pour le «vehicle to grid» dépendra en fin de compte de l’acceptation des utilisateurs·trices de véhicules électriques. Ils doivent être prêts à mettre leur voiture électrique à disposition comme moyen de stockage et à la connecter au réseau électrique chaque fois que c’est possible. Le professeur Roger Buser de la Haute école de Lucerne a analysé les conditions requises pour amener les personnes à accepter une généralisation de la recharge bidirectionnelle. Selon cette étude, les utilisateurs·trices attendent un système de gestion intuitif qui permette au moins de définir la limite inférieure de décharge. En outre, ils souhaitent que les constructeurs·trices offrent une garantie contre un vieillissement plus rapide ou des dommages qui pourraient être causés à la batterie (source: communiqué de presse HSLU).

Etat actuel de la technologie

La condition de base pour la recharge bidirectionnelle est que les voitures électriques prennent en charge cette technologie. Certes, plusieurs constructeurs ont promis des modèles adaptés. Toutefois, seuls quelques véhicules électriques sont compatibles avec l'unique wallbox disponible en Suisse pour une recharge bidirectionnelle à ce jour. (source: evshop.ch, novembre 2023):

• Citroën C Zero / Mitsubishi i-MiEV / Peugeot iOn (modèles similaires)
• Honda e
• Mitsubishi Eclipse Cross
• Mitsubishi Outlander
• Nissan e-NV200
• Nissan Leaf

L’Organisation internationale de normalisation (ISO 15118-20) a déjà défini une norme officielle pour la communication entre la voiture électrique et la borne de recharge lors de la recharge bidirectionnelle. Les producteurs de véhicules électriques, de bornes de recharge et de systèmes de gestion de l’énergie peuvent donc développer des produits conformes aux normes.

La faisabilité technique du V2G et l’intégration pratique des voitures électriques comme moyen de stockage dans le système énergétique ont déjà été étudiées dans le cadre de nombreux projets pilotes. Toutefois, il s’agit le plus souvent de projets limités localement.

Le projet suisse «V2X Suisse», qui durera jusqu’au printemps 2024, va un peu plus loin: dans le cadre de ce test à grande échelle, 50 Honda e sont utilisées sur une quarantaine de sites de l’entreprise d’autopartage Mobility et sont rechargées de manière bidirectionnelle. Il en ressort que cette centrale électrique virtuelle répond aux exigences techniques de Swissgrid, la société nationale du réseau de transport. La plateforme système développée à cet effet est capable de réagir à un signal en moins de deux secondes pour compenser les fluctuations du réseau (source: communiqué de presse Mobility).

Engagement d'Energie 360°

Energie 360° s’intéresse également à la recharge bidirectionnelle et a mené son propre projet pilote. Elle s’engage donc fortement dans ce domaine. Urs Mathis explique la motivation derrière le projet pilote: «Nous voulions comprendre la technologie et acquérir de l’expérience sur le développement de nouveaux domaines d’activité en lien avec cette technologie.» Pendant plus d’un an, les spécialistes d’Energie 360° ont testé de manière intensive un véhicule électrique qui se recharge de manière bidirectionnelle. L’accent a été mis à la fois sur la charge à tarif optimisé et sur la réduction des pics de demande («peak shaving»).

Un double effet financier en est ressorti. Premièrement, le «peak shaving» a permis de réduire le pic de demande calculé chaque mois sur le raccordement au réseau. Deuxièmement, l’électricité a été injectée dans le réseau à des heures où les tarifs étaient élevés et a été rémunérée en conséquence. Au total, le projet pilote a permis de déterminer un potentiel d’économies d’environ 100 francs par mois. En fonction des coûts individuels de l’électricité pour la voiture électrique, c'est un montant significatif.

Quand la percée aura-t-elle lieu?

En 2024, l’idée du V2G va se concrétiser, du moins en France et en Allemagne. Mobilize, la marque de mobilité de Renault, lancera alors, en collaboration avec The Mobility House, ce qu’elle affirme être la première offre de «vehicle to grid» pour la clientèle finale. Les personnes qui achèteront la nouvelle Renault 5 pourront mettre sa batterie à disposition durant le stationnement et elles seront indemnisées financièrement (source: communiqué de presse The Mobility House). D’autres offres de ce type devraient bientôt suivre.

Actuellement, l'introduction à plus grande échelle de la recharge bidirectionnelle et la stabilisation du réseau avec le «vehicle to grid» est encore limitée pour les trois raisons suivantes:

• faible offre de voitures électriques avec fonction de recharge bidirectionnelle intégrée
• coûts élevés des bornes de recharge bidirectionnelles
• absence de réglementation pour la facturation

La percée se fera donc encore attendre. Pour Urs Mathis, spécialiste de la mobilité électrique chez Energie 360°, ce n’est qu’une question de temps: «Nous sommes convaincus de l’énorme potentiel de la recharge bidirectionnelle. Nous observons l’évolution du marché et évaluons les champs d’action possibles.»