Flexibilité du système électrique : contribution du pilotage de la demande des bâtiments et des véhicules électriques

Auteur(s) moral(aux) : Conseil général de l'économie, de l'industrie, de l'énergie et des technologies

Présentation

Avec la fermeture des centrales au charbon et de tranches nucléaires et la montée en puissance des productions variables éolienne et solaire, le pilotage de la demande d’électricité, facilitée par les technologies numériques, peut contribuer à conserver la nécessaire flexibilité du système électrique français et européen. RTE a établi pour 2035 qu’un pilotage intelligent de la recharge des véhicules électriques (VE) et l’introduction de la recharge bidirectionnelle (« vehicle to grid ») peuvent permettre, malgré la consommation supplémentaire d’électricité, de réduire l’appel de puissance lors des pointes de demande et de récupérer une énergie décarbonée qui à défaut ne serait pas valorisée. Le rapport suggère d’imposer les techniques nécessaires sur les véhicules et les bornes de recharge.L’apparition d’incitations tarifaires liées à des prix « dynamiques » de l’électricité sera progressive. Néanmoins le secteur du bâtiment représente un potentiel important de flexibilité. Le rapport propose donc des mesures « sans regret », concernant notamment la gestion technique des bâtiments tertiaires, des solutions simples pour le pilotage des consommations appuyées sur le compteur Linky, le développement des pompes à chaleur et l’accompagnement des professionnels et des consommateurs dans les transitions à venir.Le rapport estime à l’horizon 2050 un potentiel de déplacement des consommations d’électricité liées au bâtiment et au VE qui pourrait atteindre 65 TWh/an (soit 15 % des consommations anticipées) et un évitement potentiel de puissance à la pointe jusqu’à 47 GW ; compte tenu de coûts d’investissements modestes, le pilotage de la demande devrait ainsi figurer en bonne place parmi les solutions de flexibilité (aux côtés notamment du stockage stationnaire).

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Sommaire

SYNTHESE
TABLE DES RECOMMANDATIONS
INTRODUCTION

1 Le besoin d’équilibre du système électrique - de l’effacement à la flexibilité

1.1 Un système électrique historiquement robuste
1.2 Des évolutions importantes attendues d’ici 2035
1.3 Se projeter après 2035
1.4 De nouveaux modèles d’affaires à inventer pour des prestataires de flexibilité

2 Le véhicule électrique

2.1 Les enjeux de l’électromobilité pour le système électrique : enseignements d’une étude RTE

2.2 L’état des lieux pour la recharge « intelligente » des VE et le V2G

2.2.1 Le véhicule électrique : description et état des technologies
2.2.1.1 Descriptif sommaire du véhicule électrique
2.2.1.2 État des normes relatives aux interfaces de recharge et aux bornes et points de recharge
2.2.1.3 Les modes de recharge selon la norme NF 61851-1
2.2.1.4 Les différents types de connecteurs selon les normes NF 62196-2 et NF 62196-3

2.2.2 Les infrastructures de recharge
2.2.2.1 Les réseaux de bornes publiques
2.2.2.2 Les réseaux de bornes privées

2.2.3 Le pilotage de la recharge
2.2.4 Le « vehicle to grid » (V2G)
2.2.5 Perspectives d’utilisation des batteries en usage stationnaire

2.3 Conclusions concernant le véhicule électrique

3 Le bâtiment

3.1 Le bâtiment tertiaire
3.1.1 Les données et études disponibles
3.1.1.1 La consommation d’électricité des bâtiments tertiaires
3.1.1.2 Les études sur l’effacement et la flexibilité dans les bâtiments tertiaires

3.1.2 L’automation au service de la flexibilité
3.1.2.1 Un marché de l’automation dynamique
3.1.2.2 Une réglementation qui devrait accélérer le développement du marché
3.1.2.3 Le bâtiment intelligent et la flexibilité

3.1.3 Le potentiel et les conditions de la flexibilité des bâtiments tertiaires

3.2 Le bâtiment résidentiel
3.2.1 Les consommations électriques de l’habitat
3.2.2 Le compteur Linky et ses possibilités
3.2.3 Des solutions de flexibilité « internet pures » qui contournent Linky
3.2.4 Les appareils de la maison communicants
3.2.5 Attentes et protection du consommateur
3.2.6 Intérêt économique de la flexibilité de la consommation électrique dans l’habitat : état des lieux
3.2.7 Les potentiels de flexibilité des différents usages de l’électricité
3.2.7.1 L’ensemble « chauffage-ventilation-climatisation » (CVC)
3.2.7.2 La production d’eau chaude sanitaire
3.2.7.3 Les autres usages de l’électricité dans le bâtiment résidentiel

3.2.8 L’autoconsommation, niche pour le pilotage

3.3 Conclusions concernant le bâtiment

ANNEXES
Annexe 1 : Lettre de mission
Annexe 2 : Liste des acronymes utilisés
Annexe 3 : Liste des personnes rencontrées ou interrogées

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Synthèse

Le présent rapport est issu d’un travail interne du Conseil général de l’économie, constituant le «thème de l’année» de sa section «Innovation, compétitivité, modernisation» pour 2019. Après un rapport réalisé en 2018-2019 sur le stockage d’électricité, il est en effet apparu pertinent d’explorer le sujet du pilotage de la demande au service de la flexibilité du système électrique, dans le contexte du développement   des   technologies   numériques.Le  champ  d’investigation  de  la  mission  était volontairement limité aux secteurs du bâtiment (tertiaire et habitat) et du véhicule électrique (VE).Le  système  électrique  français  suscite  aujourd’hui  peu  d’inquiétude  quant à   la   sécurité d’approvisionnement du pays. Toutefois, à partir de 2030-2035,  se  créeront  progressivement  en France les conditions d’un pilotage de la demande d’électricité, en réponse –à côté  notamment  du stockage -à  un  besoin  accru  de  flexibilité  sur  le système électrique, suite à l’arrêt de moyens de production pilotables et à la montée en puissance des énergies éolienne et solaire photovoltaïque sur la «plaque» électrique ouest-européenne. Au-delà des questions de sécurité d’approvisionnement, la  croissance du parc d’énergies renouvelables créera en effet des périodes où le coût marginal de production   sera   très   faible   ou   nul,   avec   le   risque   de   prix   momentanément   négatifs   ou   de «déversements»  de  production.  Il  importe  aussi  de  veiller  à ce  qu’une utilisation  accrue  de l’électricité,envisagée pour décarboner des usages essentiels (mobilité, chauffage), ne se fasse pas au détriment de l’équilibre du  système  électrique,  mais  contribue au  contraire à  son optimisation.On passera ainsi progressivement d’une gestion de pointes de consommation assez rares et intervenant en hiver (avec notamment des mécanismes d’effacement) à une flexibilité généralisée faisant appel, toute l’année, au pilotage de la demande comme de l’offre.Plusieurs facteurs contribueront à cette évolution vers le pilotage de la demande : -(i) des variations importantes de prix de gros sur le marché de l’électricité, qui créeront une incitation pour les fournisseurs à moduler leurs tarifs de manière «dynamique» et pour leurs clients à moduler en conséquence leurs consommations;-(ii) la montée en puissance programmée du véhicule électrique, dont la recharge devra être pilotée  pour  éviter  l’aggravation  des  pointes  de  consommation  mais  qui  offrira progressivement   une   importante   capacité   de stockage  d’électricité  dans  les  batteries, partiellement mobilisable pour contribuer à l’équilibre du système électrique; -(iii)  dans  une  moindre  mesure,  le  maintien  anticipé  d’une  consommation  électrique importante  pour  le  chauffage  des  bâtiments  et  la préparation d’eau chaude sanitaire (la pénétration de  la pompe  à chaleur1venant à peu près compenser les gains d’efficacité), qui incitera au pilotage des consommations dans un contexte de prix variables;-(iii)  des  technologies  numériques  qui  créent  les conditions  techniques  et  économiques nécessaires;  en  particulier,  les  véhicules  électriques  sont  déjà  des  objets  connectés  et  le compteur Linky permet la diffusion descendante d’informations tarifaires «dynamiques», utilisables par certains objets de la maison qui deviennent communicants (pompes à chaleur, radiateurs, etc.) et par des boîtiers domotiques. 1En remplacement des énergies fossiles dans les bâtiments existants ou pour les nouvelles surfaces construites
Flexibilité du système électrique: contribution du pilotage de la demande des bâtiments et des véhicules électriques6Une protection adéquate des consommateurs, notamment domestiques, tant du point de vue de leurs données privées que d’un partage équitable de la valeur économique associée à cette flexibilité, peut ouvrir  la  voie  à  une  large  diffusion  des  contrats,  services  et  équipements  correspondants,  avec  des surcoûts très faibles.Les problématiques sont très différentes pour le véhicule électrique, à l’aube d’un développement dont  les  conditions  techniques  se  décident dès  maintenant, mais dont l’empreinte sur le système électrique  ne  se  fait  pas  encore  sentir,  et  pour  le  bâtiment,  où  le  parc  existant  tient  une  part prépondérante  (y  compris  par  sa  «thermo sensibilité»,  qui joue  un  rôle  dimensionnant pour  le système  électrique)  mais  est  marqué  par  une  grande  inertie amortissant l’effet des décisions. Dans tous  les  cas,  les  constantes  de  temps  propres  aux  domaines  concernés  (le  système  électrique,  le bâtiment, le parc de véhicules automobiles) et le besoin d’appropriation de la problématique par les responsables et le public conduisent les rédacteurs du présent rapport à prôner une démarche résolue d’anticipation et donc à proposer de prendre dès à présent –ou pour les quelques années qui viennent -des mesures «sans regret» qui faciliteront les transitions ultérieures.Le domaine offrant les opportunités les plus manifestes est celui du véhicule électrique (VE). Le rapport de synthèse publié par RTE en mai 2019 met en lumière de manière très claire, à l’horizon 2035, les risques associés à une recharge non correctement pilotée, mais surtout les bénéfices importants, en termes physiques, économiques et écologiques à attendre d’un pilotage intelligent et de la recharge bidirectionnelle  («vehicle  to  grid»): alors même que la consommation additionnelle d’électricité atteindra 40 TWh dans son scénario Opéra (version haute), l’appel de puissance à la pointe sera réduit de 5,2GW et plus du tiers de cette consommation nouvelle (13,8 TWh) sera assurée par de l’énergie décarbonée «fatale », à coût marginal nul ou très faible.A long terme, c’est-à-dire en 2050 et au-delà, la quasi-totalité du parc de véhicules particuliers devrait être  constituée  de  véhicules  électriques (l’interdiction de vente de véhicules thermiques entrant en vigueur en 2040). Le présent rapport estime que le potentiel offert par le VE (si les dispositions sont prises pour encourager la pénétration des solutions techniques pertinentes) concerne un déplacement temporel de consommation d’électricité d’au minimum 25TWh/an et une pointe  de consommation évitée de plus de 10 GW (par rapport à un scénario sans développement du véhicule électrique). En conséquence, les rédacteurs recommandent aux pouvoirs publics de s’orienter résolument vers le pilotage et la recharge bidirectionnelle, partout où ces techniques peuvent trouver un marché dans les prochaines années, en créant par anticipation les conditions techniques adéquates.  Le développement des  moyens  pilotables  de  recharge,  pour  les  bornes  publiques  mais  surtout  dans  le  domaine  privé, constitue une première priorité. L’adaptation des véhicules (dans le cadre européen) et des bornes à la recharge bidirectionnelle en est une autre, indispensable pour limiter les coûts d’équipement à des niveaux très modestes, par l’industrialisation des solutions. Des évolutions de notre droit de l’énergie et de  notre  fiscalité devront  accompagner la recharge  bi-directionnelle, notamment quant à l’usage des réseaux publics.Dans le bâtiment tertiaire, les logiques économiques devraient à terme prévaloir pour permettre aux occupants de bénéficier de la variabilité des prix de l’électricité –plutôt que de la subir –en s’appuyant sur des moyens techniques comme la GTB et des bâtiments «smart grid ready». L’analyse des études existantes conduit à retenir essentiellement, comme sources de flexibilité de la demande,les grands
Flexibilité du système électrique: contribution du pilotage de la demande des bâtiments et des véhicules électriques7commerces alimentaires et surtout les bureaux, pour les usages thermiques (chauffage et eau chaude sanitaire) et la climatisation. Dans l’habitat,le chauffage, l’eau chaude sanitaire et les «produits  blancs» (lavage-séchage –hors froid)  offrent  également  un  potentiel  significatif,  grâce  au  compteur  communicant  Linky  (utilisé comme  canal  pour  les informations  tarifaires  «dynamiques»  venant  des  fournisseurs)  et/ou  à  des solutions  domotiques,  associées  à  des  appareils  bientôt  tous  communicants  (radiateurs,  pompes  à chaleur,  chauffe-eau,  thermostats,  produits  blancs).  Le  consommateur  aura  le  choix  au sein d’une variété de propositions provenant des fournisseurs d’électricité, d’acteurs spécialisés ou des géants d’internet, avec différents degrés de maîtrise ou de délégation de la gestion de sa consommation, comme de partage ou non de ses données.A l’horizon 2050, les rédacteurs évaluent les potentiels de déplacements de consommation –qui s’opèrent essentiellement au sein d’une même journée –à  environ  15  TWh/an  pour  le  bâtiment tertiaire et 25 TWh/an pour l’habitat; l’appel de puissance évitable en pointe à l’horizon 2050 est d’environ 10 GW pour le tertiaire et de 27 GW pour l’habitat.Le présent rapport émet des recommandations qui visent à anticiper, dès les prochaines années (dans un contexte où l’incitation économique est encore faible), les évolutions techniques et sociologiques nécessaires, en favorisant l’introduction de GTB dans les bâtiments tertiaires, l’émergence de tarifs dynamiques, la diffusion sur le marché d’équipements et de solutions appuyés sur le compteur Linky, le  développement des pompes à chaleur comme moyen de chauffage dans l’habitat collectif, la labellisation  «Energy  smart»  des   appareils  domestiques   rendus  communicants,   la  rénovation thermique des bâtiments chauffés à l’électricité, le développement de l’autoconsommation (en tant que marché de niche pour le pilotage de la consommation) et l’accompagnement des professionnels et des consommateurs dans les transitions à venir.Une  action  résolue  et  convenablement  rythmée,  dès  maintenant,permettra  ainsi  au  pilotage  de  la demande dans les secteurs du bâtiment et du véhicule électrique d’offrir progressivement, et pour un coût d’investissement faible, un potentiel de déplacement –essentiellement  infra-journalier -des consommations d’électricité de l’ordre de 65 TWh/an (soit de l’ordre de 15 % des consommations anticipées pour 2050) et d’évitement de puissance, lors des plus fortes pointes de consommation en hiver, allant jusqu’à 47GW (soit près de la moitié du niveau de la pointe maximale envisagée). Il s’agit donc d’une des cartes à disposition dans le jeu plus vaste des sources de flexibilité offertes sur la plaque ouest-européenne,   qui   comporte   aussi   le   pilotage   de   la   demande   industrielle,   les   solutions «classiques» du côté de l’offre (hydraulique, nucléaire, moyens fossiles «résiduels») et bien entendu le stockage stationnaire.

 

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Fiche technique

Type de document : Rapport d'étude

Pagination : 119 pages

Poids du fichier numérique : 5 Mo

Édité par : Ministère de l'économie et des finances

Collection :

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