STELLA – Système énergétique innovant pour la recharge des véhicules électriques

04/10/2018
Publication 3EI 3EI 2018-94
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2018-94:23563
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STELLA – Système énergétique innovant pour la recharge des véhicules électriques

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STELLA – Système énergétique innovant pour la recharge des véhicules électriques La Revue 3EI n°94 Octobre 2018 Thème 57 STELLA – Système énergétique innovant pour la recharge des véhicules électriques Manuela SECHILARIU, Fabrice LOCMENT, Hongwei WU Sorbonne Universités, Université de Technologie de Compiègne (UTC), EA 7284 AVENUES, Centre Pierre Guillaumat CS 60319, 60203 Compiègne Cedex, France E-Mail: manuela.sechilariu@utc.fr ; fabrice.locment@utc.fr . hongwei.wu@utc.fr Mots clés : Électromobilité, micro-réseau, énergie renouvelable, véhicule électrique, gestion d’énergie. 1. Introduction À l’heure de la triple transition, énergétique, environnementale et numérique, la mobilité électrique est amenée à implanter en ville des infrastructures pour la recharge des véhicules électriques (VEs), mais aussi de nouveaux services associés. Dans un tel contexte, les problèmes suivants doivent être simultanément abordés : énergie partagée, énergie renouvelable, conception et dimensionnement du système énergétique, disponibilité du réseau électrique, diagnostic territorial, optimisation de l’implantation urbaine des infrastructures de recharge des VEs, mobilité électrique, interfaces numériques (échange de données), outils adaptés de régulation technique, sociale, juridique et/ou économique, impact sociétal et réglementation. Quant aux batteries des VEs, de nouveaux services sont déjà envisagés qu’elles pourraient rendre tant à l’environnement bâti qu’au réseau électrique auquel elles sont reliées [1] : V2G (Vehicle to Grid, décharge des batteries des VEs dans le réseau public) et V2H (Vehicle to Home, décharge des batteries des VEs dans un bâtiment). Alors, on parle de flexibilité énergétique, de mutualisation de ressources et de mixité technico-fonctionnelle à différentes échelles. Actuellement on remarque un manque de maturité pour ces stratégies. Les travaux de recherche s’intéressent principalement à la structure de l’interface bidirectionnelle et à sa commande lors du passage en mode V2G ou V2H. Pour le mode V2G on remarque des études spécifiques [2]. Concernant la communication entre le VE et la borne de recharge, Résumé : Les émissions de gaz à effet de serre, produites par le secteur des transports, ont stimulé la croissance rapide de l'électromobilité. Néanmoins, cette nouvelle forme de mobilité nécessite l'installation d'infrastructures de recharge pour véhicules électriques (VEs). Cet article présente un système énergétique innovant et met en évidence les principaux enjeux de sa mise en œuvre. Le système énergétique proposé comprend trois éléments : une infrastructure intelligente pour la recharge des VEs (IIRVEs), une flotte hétérogène de VEs et un bâtiment relié à l’IIRVEs. L'IIRVEs est basé sur un micro- réseau intelligent optimisant les flux d'énergie conformément aux exigences du réseau public. Ce micro- réseau contient des sources photovoltaïques, de stockage, et prend en compte les stratégies suivantes : V2G (Vehicle to Grid, décharge des batteries des VEs dans le réseau public), V2H (Vehicle to Home, décharge des batteries des VEs dans un bâtiment) et I2H (Infrastructure to Home, l’énergie produite par l’IIRVEs et non utilisée par les VEs alimente directement le bâtiment). Ainsi, le système énergétique innovant offre de nouveaux services qui peuvent être associés avec l'électromobilité. Abstract: Greenhouse gas emissions, produced by transport sector, have spurred the rapid growth of the electromobility. Nevertheless, this new form of mobility requires installing recharging infrastructures for electric vehicles (EVs). This paper aims at presenting an innovative energy system and highlighting the main issues for its implementation. The proposed energy system consists of three components: an intelligent charging station for electric vehicles (iCS_EVs), a heterogeneous fleet of electric vehicles (EVs), and a building with a connection to the iCS_EVs. The iCS_EVs is based on a smart microgrid optimizing the power flows in accordance with the requirements of the public power grid. This microgrid contains photovoltaic sources, storage, and takes into account the following strategies: vehicle to grid, vehicle to building, and iCS_EVs to building (energy generated by the iCS_EVs and not used by the EVs directly feeds the building). Thus, the innovative energy system offers new services that can be associated with the urban electromobility. STELLA - Système énergétique innovant pour la recharge des véhicules électriques La Revue 3EI n°94 Octobre 2018 Thème 58 certaines études analysent les modes de sécurité pour protéger les données des utilisateurs, d’autres s’intéressent aux méthodes d’identification des VEs connectés aux bornes, ou encore aux performances de la connexion sans fil pour le mode V2G. Quant aux ombrières photovoltaïques (PV) qui injectent l’énergie produite, le mode V2G est utilisé pour pallier le caractère intermittent de l’énergie photovoltaïque. Par ailleurs, il n’y a pas d’algorithme d’optimisation technico-économique, les contraintes liées aux incertitudes et à l’utilisation du réseau électrique ne sont pas prises en compte, et l’interfaçage avec l’utilisateur n’est pas présent. 2. Système énergétique innovant pour la recharge des véhicules électriques Le système énergétique innovant, proposé par le laboratoire AVENUES de l’UTC, est défini comme un groupement d’objets : une IIRVEs, une flotte hétérogène de VEs et un bâtiment ayant une connexion à l’IIRVEs. L’IIRVEs est conçue sur la base d'un micro-réseau électrique intelligent capable de gérer de façon optimale les flux d’énergie [3]. Ce micro-réseau prend en compte les stratégies V2G, V2H et I2H (Infrastructure to Home, l’énergie produite par l’IIRVEs et non utilisée par les VEs alimente directement le bâtiment), et ainsi propose de nouveaux services qui peuvent être associés. L’outil de régulation technico-économique concerne le contrôle optimisé des flux énergétiques du micro-réseau intelligent interconnecté avec le réseau public, le bâtiment environnant et les utilisateurs de VE et du bâtiment. La conception et la réalisation de cet outil font partie d’un programme de recherche en cours. Les résultats sont validés expérimentalement grâce à la plateforme technologique STELLA du laboratoire AVENUES, implantée en 2016 au Centre d’Innovation (CI) de l’UTC. STELLA est un démonstrateur de micro-réseau dédié à la recharge des VEs et à l’alimentation d’un bâtiment. La figure 1 montre la plateforme STELLA qui repose sur des ombrières PV (28,9kW au nominal) couvrant neuf places de parking du CI, un stockage électrochimique et électrostatique, des dispositifs d’électronique de puissance, des connexions au réseau public et au bâtiment. Nous observons que ce système comporte trois types d’énergie ; une énergie permanente (réseau public et PV), une énergie transitoire (stockages Li-ion et Pb-acide) et une énergie impulsionnelle (supercondensateurs). STELLA est aussi un lieu d’expérimentation pédagogique pour les élèves-ingénieur de l’UTC. De nombreux projets d’étudiants, encadrés par les enseignants-chercheurs, sont menés chaque semestre. Figure 1 : STELLA (a) et image du laboratoire (b). 3. Conclusion et perspectives L’IIRVEs et ses services associés représentent une innovation incrémentale par rapport aux ombrières PV existantes qui produisent de l'énergie propre mais en mode passif sans services auxiliaires. Des méthodes de dimensionnement et des interfaces intelligentes seront conçues et développées. 4. Remerciements La plateforme STELLA a été réalisée grâce aux financements du FEDER et de l'UTC ; le projet de recherche a été labélisée par les pôles MEDEE et S2E2, et a été financé par l’ADEME dans le cadre de l’appel à projets Énergie Durable 2017 (#1766C0006). 5. Références [1] O. Erdinc, “Economic impacts of small-scale own generating and storage units, and electric vehicles under different demand response strategies for smart households”, Applied Energy, vol. 126, pp.142-150, 2014. [2] G. Duarte, C. Rolim, P. Baptista, “How battery electric vehicles can contribute to sustainable urban logistics: A real-world application in Lisbon, Portugal”, Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 15, pp.71-78, 2016. [3] M. Sechilariu, F. Locment, Urban DC Microgrid: intelligent control and power flow optimization, 1st ed., Butterworth-Heinemann, Elsevier Inc., 2016.