Le transport est la principale source d'émissions de gaz à effet de serre aux États-Unis, représentant environ un tiers de toutes les émissions. Nous pourrions rapidement réduire ces émissions en électrifiant les véhicules, mais il y a juste un hic :nous ne produisons actuellement pas assez d'énergie.

"Si tous les transports passent à l'électricité, nous doublons effectivement la demande", a déclaré Matthias Preindl, expert en VE chez Columbia Engineering. "Et la grille n'est pas conçue pour résister à cela."

Malgré quelques investissements et une expansion depuis les années 1950, le réseau américain dispose d'un parc de générateurs pour la plupart vieillissant et de charges de transmission maximisées en raison de lignes encombrées. Pire encore, les événements météorologiques extrêmes comme les vagues de chaleur et les incendies de forêt ont fait fondre à plusieurs reprises les câbles électriques.

Selon une étude de 2020, les États-Unis devraient investir 125 milliards de dollars d'ici 2030 juste pour répondre à la demande croissante d'électricité des véhicules électriques. Mais que se passerait-il si les véhicules électriques eux-mêmes pouvaient faire partie de la solution, en ajoutant de l'électricité au réseau ? Columbia News s'est entretenu avec Preindl, professeur de génie électrique, et Daniel Bienstock, professeur de physique appliquée et de mathématiques appliquées, ainsi que de génie industriel et de recherche opérationnelle.

Technologie véhicule-réseau (V2G)

D'ici 2030, quelque 145 millions de voitures, bus, camions et camionnettes électriques seront en circulation. Sorte de. En moyenne, les conducteurs stationnent leur véhicule 95 % du temps. Avec près de 5 milliards de dollars de fonds fédéraux récemment alloués à la construction d'un réseau national de bornes de recharge pour véhicules électriques le long des autoroutes inter-États, tous ces véhicules électriques inactifs pourraient être mis au travail via la technologie véhicule-réseau (V2G) - une idée qui, selon les experts, pourrait transformer le réseau électrique déjà débordé.

La technologie V2G consiste à utiliser des chargeurs bidirectionnels pour transporter l'énergie inutilisée des batteries d'un véhicule électrique vers le réseau intelligent. Lorsqu'un véhicule électrique est chargé, l'électricité CA (courant alternatif) du réseau est convertie en CC (courant continu) des batteries, qui est ensuite utilisée pour faire fonctionner le véhicule. Un chargeur bidirectionnel peut convertir le courant continu en courant alternatif et le transférer sur le réseau à partir des cellules lithium-ion du véhicule électrique. Il peut également contrôler simultanément la quantité d'énergie entrant ou sortant de la batterie.

"Potentiellement, les véhicules électriques pourraient devenir la plus grande installation de stockage d'énergie distribuée déployée", a déclaré Preindl. "Ensemble, ils pourraient fournir plus d'électricité que toutes les centrales électriques conventionnelles réunies."

L'électricité supplémentaire que la technologie V2G renvoie au réseau pourrait alimenter les foyers et les entreprises dans des États comme la Californie qui dépendent fortement des énergies renouvelables pour un accès 24h/24 et 7j/7 à l'électricité. Souvent, les efforts en matière d'énergie verte se sont principalement concentrés sur l'utilisation de grands parcs éoliens ou solaires situés dans des régions éloignées. Ces fermes nécessitent de nouvelles lignes de transmission coûteuses pour fournir de l'électricité aux zones à forte demande énergétique.

Et l'énergie éolienne et solaire peut connaître une grande variabilité en temps réel, a déclaré Bienstock, qui est également un expert de la dynamique du réseau électrique chez Columbia Engineering.

"Aujourd'hui, sans grande pénétration des énergies renouvelables, la variabilité est traitée en temps réel à l'aide de la production conventionnelle", a-t-il déclaré. "Les grandes fluctuations en temps réel des flux d'énergie peuvent être difficiles et nécessitent une configuration appropriée de la production rapide et des ressources de transmission adéquates." La mise à niveau des équipements dans cette mesure n'est pas une mince affaire, ce qui signifie que la variabilité due aux énergies renouvelables continuera d'être une préoccupation. "Le V2G, associé à une génération plus entièrement distribuée, est l'une des solutions les plus viables pour aller de l'avant", a déclaré Bienstock.

Voitures avec V2G

Jusqu'à présent, seules quatre voitures électriques disponibles dans le commerce sont compatibles V2G :Nissan e-NV200, Nissan LEAF, Mitsubishi Outlander PHEV et Mitsubishi Eclipse Cross PHEV. Cette année, Volkswagen, Ford et General Motors lancent également progressivement des VE compatibles avec la recharge bidirectionnelle. Les experts du secteur prévoient que le marché V2G augmentera de 48 % d'ici 2027.

Mais la construction d'une puissance bidirectionnelle dans le système est plus qu'un jeu de nombres; Des obstacles techniques entravent également l'adoption généralisée du V2G. Par exemple, l'utilisation régulière du V2G pour recharger et décharger les batteries lithium-ion des véhicules électriques peut réduire leur durée de vie.

Le V2G réduit-il la durée de vie de la batterie

"Du point de vue du réseau, il est plus utile lorsque de nombreux véhicules électriques sont connectés sur de longues périodes et lorsqu'ils utilisent des puissances de charge faibles à moyennes", a déclaré Preindl. "C'est en fait mieux pour le VE également. D'un point de vue technique, il y a beaucoup de choses que le V2G peut faire pour minimiser la dégradation de la batterie."

Outre le risque d'endommagement des batteries lithium-ion, les conceptions conventionnelles de chargeurs bidirectionnels ou V2G sont également coûteuses. Il existe deux types de chargeurs V2G :onboard et offboard. La plupart des voitures utilisent des chargeurs embarqués unidirectionnels. Les quelques chargeurs V2G à arriver sur le marché n'ont été mis en ligne qu'au cours des derniers mois; ces premières conceptions sont généralement hors-bord, montées sur un mur et manquent également de standardisation, tandis que l'industrie rattrape la technologie.

Mais les chercheurs s'améliorent dans la conception de chargeurs embarqués V2G économiques. Le laboratoire de Preindl développe des systèmes qui peuvent atteindre une efficacité de 99 % pour aussi peu qu'un cent par kilowatt. "C'est deux à cinq fois moins cher, avec deux à cinq fois moins de pertes d'énergie, que les conceptions actuelles", a-t-il déclaré.

La possibilité de V2G

Alors que les constructeurs automobiles tentent de faire évoluer la technologie V2G, il reste encore un long chemin à parcourir avant qu'elle ne puisse contribuer à décarboner le réseau. Le mois dernier, environ 15 services publics dans 14 États ont annoncé qu'ils lanceraient des programmes pilotes V2G d'autobus scolaires électriques, selon le World Resources Institute.

Mais malgré les petites initiatives des entreprises de services publics en 2021 qui ont prouvé l'efficacité de la technologie V2G pour réduire les émissions, les experts politiques affirment que davantage d'investissements sont nécessaires pour rendre la technologie accessible.

"Les services publics doivent non seulement moderniser le réseau électrique en termes de nouvelles lignes de transmission et de transformateurs physiques, mais aussi investir dans la technologie du réseau intelligent pour évaluer à quel moment l'électricité doit être déchargée ou absorbée", a déclaré Steven Cohen, expert en sciences de l'environnement. et politique à l'École des affaires internationales et publiques de Columbia. "L'obstacle politique auquel la technologie V2G est confrontée est essentiellement un manque d'argent."

"La principale exigence serait un plan de financement dans lequel le gouvernement fédéral pourrait financer les dépenses initiales", a-t-il poursuivi. "Ensuite, les contribuables locaux paient pour l'exploitation et la maintenance une fois la technologie en place. Ma prédiction :l'État de New York et la Californie seront les premiers à investir."