Combien d'électricité faudra-t-il pour alimenter les voitures électriques du futur?

Aujourd'hui, moins de deux pour cent des véhicules achetés par les Américains sont électriques. Mais au cours des trois prochaines décennies, certains experts de l'industrie automobile estiment que les véhicules électriques pourraient constituer la majorité des ventes de voitures aux États-Unis et dans le monde.

Au total, les conducteurs américains parcourent environ 3 000 milliards de kilomètres par an, consommant plus de 170 milliards de gallons d’essence et de diesel. La conversion de tous ces kilomètres de route en électricité imposerait de nouvelles exigences au système national de production et de distribution d’électricité.

Dans le cadre d'une vaste étude sur les infrastructures énergétiques, nous cherchons à comprendre comment une augmentation du nombre de véhicules électriques (VÉ) pourrait modifier la manière dont l'énergie est fournie et consommée. Jusqu'à présent, nous avons compris que l'impact des véhicules électriques dépendra de votre lieu de résidence et du moment où ils sont chargés.

Estimation de la quantité d'électricité requise par les véhicules électriques

En utilisant une technique similaire décrite dans notre récent article sur les véhicules à hydrogène, nous avons élaboré une évaluation, état par État, de la quantité d’électricité nécessaire pour recharger un parc électrifié de voitures personnelles, de camions et de VUS.

Nous avons commencé par estimer la quantité d'essence que chaque comté consomme aujourd'hui. Nous avons ensuite converti les kilomètres parcourus en véhicules en besoins d’électricité en fonction de l’efficacité des véhicules électriques d’aujourd’hui.

Certes, ces méthodes ont des limites. Le nombre de kilomètres parcourus pourrait considérablement changer si les véhicules autonomes se banalisaient et si davantage de personnes avaient recours aux services de partage de véhicules Uber, Lyft et autres, par exemple. Cependant, nous pensons que notre approche constitue un bon point de départ pour estimer la demande future en électricité si les véhicules électriques deviennent la norme.

Impacts Régionaux

Le réseau électrique américain a constamment évolué pour répondre aux nouvelles demandes au cours du siècle dernier. Mais si les véhicules du pays devaient devenir rapidement électriques, le réseau devrait changer plus rapidement. En fonction des habitudes de conduite locales et de l’infrastructure de réseau déjà en place, notre analyse montre que les véhicules électriques auront des impacts différents selon les régions.

Étant donné que le Texas et la Californie consomment plus d'électricité que tout autre État, ils fournissent un bon aperçu de ce à quoi pourrait ressembler un avenir rempli de véhicules électriques. Dans les deux cas, une augmentation des véhicules électriques entraînerait une consommation plus élevée, avec le potentiel de stresser les infrastructures locales.

Si presque toutes les voitures de tourisme du Texas étaient électrifiées aujourd'hui, l'État aurait besoin d'environ 110 térawattheures supplémentaires d'électricité par an, soit la consommation moyenne annuelle de 11 millions de foyers. La demande d'électricité supplémentaire entraînerait une augmentation de 30% de la consommation actuelle au Texas.

En comparaison, en raison d'un climat plus tempéré, la Californie pourrait avoir besoin de près de 50% d'électricité en plus qu'elle n'en consomme actuellement si les véhicules de tourisme étaient pleinement électrifiés. Cela signifie que la Californie devrait générer 120 térawattheures supplémentaires d'électricité par an.

Un conte de deux grilles

Un coup d’œil sur les réseaux des deux États montre à quel point le recours aux véhicules électriques pour la mobilité peut varier d’un endroit à l’autre.

Durant les chaudes après-midi d'été, le Texas utilise environ la moitié de l'électricité qu'il génère pour alimenter la climatisation afin de maintenir les bâtiments au frais. Les fortes variations saisonnières de la demande en électricité dues à la climatisation font que l’État dispose de centrales qui ne fonctionnent pas pendant de nombreuses heures de l’année. La capacité disponible en dehors des heures de pointe pourrait aider le Texas à répondre plus facilement aux futurs besoins en électricité des véhicules électriques.

Le climat plus tempéré de la Californie signifie que l’État a besoin de moins d’électricité les jours d’été et moins de variabilité de la demande sur l’ensemble du réseau. En conséquence, la Californie dispose de moins de capacité de production que le Texas pour répondre aux futures demandes de charge des véhicules électriques.

En 2018, l'Electric Reliability Council of Texas, l'organisation qui gère la majeure partie du réseau électrique du Texas, a enregistré une nouvelle demande de pointe d'environ 73 gigawatts le 19 juillet. En regardant les heures creuses du 19 juillet 2018, nous avons trouvé l'ERCOT le réseau disposait d'une capacité inutilisée pour fournir plus de 350 gigawattheures d'électricité supplémentaire si les centrales inactives continuaient de fonctionner toute la journée, et pas seulement pendant les périodes de pointe.

Selon nos estimations, au Texas, le parc de véhicules personnels entièrement électrifiés représenterait environ 290 gigawattheures par jour, soit moins que le surplus de capacité de production disponible. En d’autres termes, le réseau électrique texan pourrait théoriquement charger un parc de véhicules entièrement électrifié aujourd’hui si les véhicules étaient chargés pendant les heures creuses.

Lorsque nous avons effectué la même analyse pour la Californie, nous avons constaté que si les véhicules électriques devenaient la norme, la demande totale en électricité pourrait dépasser la capacité actuelle du réseau de Golden State.

Le timing est tout

Peut-être encore plus important que la quantité d’électricité consommée par les véhicules électriques est la question de savoir quand il sera consommé.

Nous avons basé les estimations ci-dessus sur des modèles de charge optimaux en période creuse. Si, au contraire, la plupart des véhicules électriques devaient être chargés l'après-midi, le réseau électrique aurait besoin de davantage de capacité de production pour éviter les pannes.

Pour répondre à cette demande, la Californie et le Texas devraient construire de nouvelles centrales ou acheter plus d'électricité des États voisins qu'ils ne le font déjà. Les États pourraient également avoir besoin d'une infrastructure de transport et de distribution supplémentaire pour accueillir la nouvelle infrastructure de recharge automobile.

Au total, la transition des véhicules à moteur à combustion interne vers les véhicules électriques pourrait coûter des dizaines de milliards de dollars au Texas et encore plus en Californie pour installer une nouvelle infrastructure électrique si de nombreux véhicules devaient être chargés pendant les heures de pointe.

Des incitations pourraient réduire le coût d’équipement du réseau pour de nombreux véhicules électriques. Par exemple, les services publics pourraient facturer des tarifs différents pour l'électricité à différents moments de la journée et à différents jours de la semaine. Connue sous le nom de tarification au moment de l’utilisation, cette pratique peut encourager le chargement des véhicules lorsque l’électricité est plus abondante en dehors des heures de pointe et donc moins chère.

La Californie et d’autres régions, notamment Austin, au Texas, ont déjà commencé à utiliser différentes stratégies pour la mise en œuvre des taux d’heure d’utilisation. D'autres régions voudront peut-être surveiller de près et adopter les leçons apprises dans ces endroits à mesure que le nombre de véhicules électriques sur les routes augmentera.

Le chemin à parcourir

Bien que les véhicules électriques puissent augmenter la quantité d’électricité consommée par les États-Unis, l’investissement nécessaire pour les accueillir peut être plus petit qu’il ne le semble. De nombreuses régions ont déjà une capacité de production suffisante si les véhicules sont chargés pendant les heures creuses. Le stockage de l'énergie à bord des véhicules électriques pourrait offrir la flexibilité nécessaire pour modifier les temps de charge et aider les gestionnaires de réseau à mieux gérer l'offre et la demande en électricité.

De plus, selon nos calculs, l’argent que les Américains économiseraient en coûts de carburant pourrait à lui seul compenser ces investissements.

Par exemple, si la plupart des véhicules californiens avaient été électriques en 2017, nous estimons que ses conducteurs auraient économisé environ 25 milliards de dollars en coûts de carburant, sur la base des prix moyens de l’électricité et de l’essence.

En plus des économies de carburant, certains analystes du marché estiment que les voitures électriques seront moins chères que les véhicules classiques d’ici 2026, un autre avantage économique potentiel.

Bien qu’il soit difficile de prévoir les prix futurs de l’essence, de l’électricité et des véhicules, nous pensons qu’il est probable que l’utilisation généralisée des véhicules électriques réduirait les coûts globaux des transports en Californie et ailleurs. Ces économies sont encore plus importantes si les avantages environnementaux, en particulier les faibles émissions de carbone, sont pris en compte.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par F. Todd Davidson, Dave Tuttle, Joshua D. Rhodes et Kazunori Nagasawa. Lisez l'article original ici.