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Électrification des transports, le coût social des infrastructures

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Aucun réseau de distribution d’énergie, peu importe le pays, n’a été conçu de façon à faire face à un afflux important de véhicules électriques qui, un jour, seront susceptibles de remplacer les voitures à essence. Ce faisant, avec la montée graduelle de l’intérêt pour la voiture électrique, couplée à la volonté, semble-t-il, affirmée des constructeurs automobiles de convertir leurs gammes de véhicules à l’électricité, les entreprises produisant et distribuant de l’électricité ont commencé à ressentir une certaine la pression.

D’une part, comme nous l’avons vu au chapitre précédent, si un trop grand nombre de propriétaires de VE rechargent leur voiture en période de forte demande d’énergie, le réseau sera submergé, ce qui entraînera inévitablement des coûts énergétiques plus élevés et un risque accru de pannes. Pour éviter cette situation, le réseau doit croître ou devenir plus efficace dans sa gestion de l’alimentation électrique.

D’autre part, un autre problème émerge, soit celui du transfert vers les États du fardeau financier (l’argent des contribuables) du déploiement de certaines infrastructures et initiatives pour accueillir un nombre accru de véhicules électriques. Ce transfert n’est pas anodin et il aura des impacts importants sur l’ensemble des sociétés.

Le problème de la gestion de la recharge

En 2015, le constructeur BMW a proposé une solution, ChargeForward, qui permet de réorganiser les horaires de recharge en fonction de la demande énergétique. Un premier test, mené en Californie en 2015 en collaboration avec la Pacific Gas and Electric Company et les services publics, offre aux propriétaires d’une BMW i3 la possibilité de préciser le moment où ils mettent leur voiture en mode recharge. L’idée consiste à ajuster les horaires de recharge à distance, si nécessaire, en fonction des données obtenues en temps réel sur la consommation d’énergie, l’objectif étant d’atténuer les pointes de demandes énergétiques afin que le service public n’ait pas à augmenter sa production et que les consommateurs n’aient pas à payer des tarifs de pointe1.

Concrètement, il s’agit de déplacer la charge flexible de la recharge des véhicules électriques pour aider le service public à utiliser plus efficacement les ressources énergétiques existantes. Conséquemment, s’il devient possible de gérer les heures pendant lesquelles les véhicules électriques sont en recharge, cela pourrait éventuellement impliquer qu’il ne sera peut-être pas nécessaire de construire plus de centrales électriques pour répondre à ces charges de pointe.

Étant donné que rares sont les endroits sur la planète qui ont accès à une énergie hydroélectrique aussi abondante et à coût abordable que celle du Québec, la plupart des services publics se doivent d’entretenir des usines de production de pointe coûteuses à base de combustibles fossiles pour les moments où la demande atteint des sommets dépassant leur capacité de production nominale. Des programmes de réponse à la demande comme celui-ci proposé par BMW peuvent éventuellement aider les services publics à éviter de faire appel à ces alternatives coûteuses, et pourraient même réduire les coûts associés à l’entretien des lignes électriques et des transformateurs en prévision de ces pics de consommation énergétique. Cette capacité à répartir la demande d’électricité le plus efficacement possible devient de plus en plus importante à mesure que la masse des véhicules électriques qui tirent leur énergie du réseau augmente.

Si on prend le cas de la BMW i3, dont la recharge complète prend environ trois heures et demi pour une autonomie d’environ 130 kilomètres, et comme les propriétaires ont acheté ce type de véhicule pour réduire leur empreinte carbone, ces derniers sont plutôt portés à utiliser l’application ChangeForward. Dès que la voiture a besoin d’être rechargée, les conducteurs, via l’application, avisent ainsi BMW. Par la suite, lorsque le réseau aura de la difficulté à répondre à la demande, PG&E demandera à BMW de couper jusqu’à 100 kilowatts d’utilisation. Partant de là, BMW alerte les conducteurs via l’application et leur donne ainsi la possibilité d’interrompre la recharge et de les aviser à nouveau lorsqu’il sera possible de le faire, à moins qu’ils n’aient un besoin urgent d’utiliser leur voiture. Pour ceux qui n’ont pas immédiatement besoin de leur voiture, BMW peut repousser la charge jusqu’à une heure, jusqu’à ce que le réseau électrique soit moins sollicitée.

Si la charge différée ne libère pas suffisamment d’énergie pour PG&E, BMW dispose d’une option de secours : sa propre alimentation interne en énergie. Étant donné que BMW dispose de plusieurs batteries au lithium-ion restantes du projet pilote de voiture électrique Mini E, les ingénieurs de l’entreprise les ont bricolés de façon à pouvoir générer 240 kilowattheures de stockage stationnaire dans une installation de Mountain View alimentée par un panneau solaire de 100 kilowatts installé sur place. En plus de fournir de l’énergie à l’ensemble de ses propres installations, cela permet à l’entreprise d’injecter sa propre énergie dans le réseau au besoin.

Même si l’initiative est intéressante, elle souffre de plusieurs défauts. Tout d’abord, à un coût d’entrée de 45 000 $, la BMW i3 n’est pas accessible au citoyen moyen. Deuxièmement, l’application exige la bonne volonté des participants : ils doivent préciser à quel moment la voiture est sous recharge et ils doivent débrancher le véhicule de la recharge si BMW les avise de le faire ; rien de tout ça n’est pourtant acquis. Troisièmement, BMW, avant de réagir, doit recevoir une notification du producteur d’électricité. Quatrièmement, si peu de véhicules se débranchent du réseau, BMW réinjecte de l’énergie provenant de ses propres ressources dans le réseau public.

Non seulement le talon d’Achille de tout ce processus réside dans la non automatisation des étapes qui prévalent à son efficacité, mais il réside surtout dans le fait qu’il est impossible de gérer autant de constructeurs automobiles avec autant d’applications différentes qui voudraient implanter un tel genre de mesure. Il y a là un problème d’échelle.

Cependant, au-delà du modèle proposé par l’application ChargeForward, celle-ci met en lumière le fait qu’il serait éventuellement possible d’imaginer une application pour téléphone intelligent qui aviserait chaque abonné d’un réseau électrique de mettre hors tension les appareils non essentiels afin d’éviter des pannes généralisées. Encore là, si l’abonné n’est pas chez lui, et si les appareils à mettre hors tension ne sont pas des appareils connectés à l’Internet des objets, cette solution est plus un vœu pieux qu’une réalité.

Dans certains pays ou régions, les abonnés à un réseau électrique doivent s’engager à respecter certains tarifs pour leur niveau de consommation d’énergie, ou un plan d’utilisation qui prévoit des tarifs différents pour différents moments de la journée. Comme ces tarifs sont fixés à l’avance plutôt que de fluctuer en fonction de l’offre et de la demande, les abonnés ne paient pas davantage dans les périodes de pointe de consommation d’énergie, comme le fait, par exemple, un passager Uber pendant une période de pointe de tarification. Ce faisant, les coûts peuvent être répercutés sous la forme de taux globaux plus élevés pour soutenir les usines de pointe d’énergie plus coûteuses en termes de coûts d’opération.

Autrement, étant donné que la plupart des services d’utilité publique sont légalement tenus de maintenir des tarifs raisonnables afin que le public puisse avoir facilement accès à l’électricité, l’arrivée même des VE ouvre la voie à de nouvelles façons d’envisager notre relation collective aux réseaux électriques. En fait, comme il y a cette idée que les véhicules électriques sont une nouvelle source de demande d’électricité, il faut arriver à changer les anciens comportements des abonnés par des campagnes publiques d’information. Et c’est là que commence le transfert graduel des charges financières de la nouvelle infrastructure électrique vers les contribuables.

Ce qu’il y a ici d’intéressant avec la solution proposée par BMW, c’est qu’elle donne l’illusion qu’il est possible d’entrer dans ce nouvel espace de gestion énergétique pour combler l’écart entre les coûts de l’offre et ceux de la demande. Alors que les autres abonnés ne peuvent savoir à quel moment leur facturation personnelle liée aux VE impose une charge disproportionnée au réseau, BMW s’en rend compte et prend des mesures en leur nom. Théoriquement, le résultat à long terme profite à tous les abonnés, car les coûts globaux du réseau diminuent pour tous. Ce faisant, un plus grand nombre de personnes achètent des voitures électriques de BMW et ses conducteurs paient PG&E pour charger leurs nouvelles voitures.

Après plus de trois ans d’expérimentation, BMW a décidé de développer un tableau de bord qui partage plus de données concernant les VE branchés au réseau, afin que le service public puisse voir comment la charge globale des participants au programme augmente ou diminue, quelles voitures sont chargées intelligemment et lesquelles ne le sont pas, et où cette charge a lieu. Le suivi du comportement de charge de chaque VE, à plusieurs endroits et dans l’ensemble, permet donc à l’entreprise de service public de vérifier le rendement du véhicule et de considérer les VE comme une véritable ressource du réseau. En fait, BMW prétend que sa formule incite ses clients à procéder à des recharges intelligentes, c’est-à-dire respecter les consignes de l’application ChangeForward2.

Le problème du transfert du fardeau financier

Ici, la chaîne causale est relativement simple à décrire. Au cours des cinquante dernières années, les environnementalistes sont parvenus à établir un certain consensus social fondé sur le postulat du réchauffement climatique causé par les gaz à effet de serre ― les véhicules à essence y contribueraient de façon importante.

1 Almeida, D. (2015), PG&E’s BMW i ChargeForwardPilot Program, [19 octobre], https://bit.ly/2EbJp6H.

2 Pyper, J. (2018), BMW’s Plan to Optimize EV Charging With Renewables on the Grid, Green Tech Media, [27 août].

Incitations à opter pour la voiture électrique

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En 2016, la ville de Columbus, en Ohio, a battu près de 80 autres métropoles pour remporter le Smart City Challenge du Department of Transportation. Le titre est plus qu’un simple droit de s’en vanter : il y avait une subvention de 40 millions de dollars du ministère des Transports – avec 10 millions de dollars supplémentaires provenant de la Paul G. Allen Family Foundation — pour aider la ville à mettre au point une approche holistique pour utiliser la technologie afin de rendre les déplacements à Columbus plus sûrs et durables.

Parmi les projets en cours, mentionnons le système d’exploitation Smart Columbus, une plate-forme de données ouverte qui deviendra l’épine dorsale de la stratégie de la ville intelligente ; une application multimodale de planification de déplacements et divers programmes offrant des solutions de mobilité aux résidents ayant besoin de soins prénatals ou souffrant de troubles cognitifs. Bien que tout cela n’en soit qu’à ses débuts, le plan de Smart Columbus visant à encourager l’adoption des véhicules électriques est en cours depuis janvier 2017.

Depuis le début de 2017, la ville a connu une hausse du nombre de personnes choisissant des VE à batterie et des VE hybrides rechargeables qui dépassent la moyenne nationale et régionale du Midwest. Plus précisément, l’augmentation du nombre de nouveaux VE depuis janvier 2017 a été de 121 % à Columbus, de 94 % pour l’ensemble des États-Unis, et de seulement 82 % pour le Midwest.

On dit souvent que la façon la plus facile d’amener quelqu’un à passer à un VE est de le laisser conduire pendant cinq minutes, et c’est là un élément clé de la stratégie de Smart Columbus. En fait, la ville de Columbus a investi beaucoup d’argent dans la mise au point d’essais routiers pour la collectivité en mettant au point une expérience ride and drive avec 12 BEV et PHEV qui visitent les lieux de travail dans la communauté. Elle a également ouvert un centre d’expérience avec une autre flotte de véhicules à motorisation alternative pour que les gens puissent tester ce type de conduite. Au total, l’exposition itinérante a permis d’effectuer 7 000 essais routiers à ce jour et en fera encore 5 000 de plus au cours de 2019, sans compter que le centre d’expérience en a fait plus de 250 à ce jour. Il y aurait donc là une bonne corrélation entre ce que les gens testent et ce qu’ils achètent.

Qui plus est, il semble bien que les concessionnaires automobiles de la région soient entièrement d’accord avec cette initiative. En fait, le programme Smart Columbus a impliqué plus de 20 concessionnaires locaux afin de créer un programme de certification, faisant d’eux des partenaires afin qu’ils ne s’inquiètent pas seulement des voitures qu’ils devront vendre demain matin, mais aussi à celles qu’ils vendront dans l’avenir. Le programme a aussi permis de renforcer la capacité de charge des chargeurs de la région immédiate en collaboration avec des partenaires comme American Electric Power, IGS et le service public d’électricité municipal de Columbus. Ces derniers ont également contribué au financement de rabais pour les chargeurs publics, résidentiels à unités multiples et professionnels.

Il va sans dire qu’un certain temps sera nécessaire avant que la ville de Colombus ne rivalise avec certaines villes de la Californie pour ce qui est de l’adoption des VE, mais chaque région doit bien commencer quelque part. Le taux de pénétration des VE est maintenant d’environ 1,2 % de l’ensemble du parc automobile local, contre 0,37 % au début du processus de demande du Smart City Challenge.

© Texte, Jonathan, M. Gitlin, 2019
© Photo entête, Smart Columbus