Les véhicules électriques ne surchargeront pas le réseau électrique, en fait les véhicules électriques (et la glace) sont son salut

L'ouest des États-Unis subit une vague de chaleur majeure qui peut entraîner des pannes de courant et des rappels de ne pas recharger les voitures électriques l'après-midi. La Californie ordonnant également que toutes les voitures d'ici 2035 soient électriques, cela a refait surface un mème commun souvent parlé par les opposants aux véhicules électriques, l'idée que le réseau électrique ne peut pas gérer cela.

En même temps, il est vrai que nous prévoyons un réseau hautement renouvelable, mais les principales énergies renouvelables, solaire et éolienne, sont intermittentes, dépendantes de l'heure de la journée et de la météo.

Il s'avère que ces deux problèmes peuvent en fait s'annuler l'un l'autre et, combinés à d'autres technologies, il n'y aura pas de problème du tout.

Besoin de plus d'énergie, pas nécessairement de plus de puissance

Il est vrai que pour que toutes les voitures deviennent électriques, nous devons générer plus d'énergie électrique. La capacité du réseau peut être mesurée à la fois en production d'énergie annuelle totale et en puissance maximale, et ce sont des choses différentes. L'énergie est une marchandise comme les gallons d'essence ou le kWh. La puissance est la livraison instantanée d'énergie, la quantité d'énergie que vous pouvez fournir en une seconde.

Sur le réseau, la demande et l'offre d'électricité fluctuent au cours de la journée. Ils sont faibles la nuit, mais les jours chauds, la demande continue d'augmenter à mesure que la journée avance et qu'il fait plus chaud, ce qui nécessite davantage de climatisation. Le courant alternatif est le principal moteur de la demande de pointe sur le réseau. La demande a tendance à culminer vers 6 heures mais reste forte jusqu'à 9 heures environ, puis elle diminue dans la nuit. Aux heures les plus fraîches, il n'y a pas de pic lorsqu'il fait le plus chaud, il y a donc généralement deux pics (beaucoup plus bas) dans la journée. À tout moment, le réseau a une capacité de puissance. Cela fluctue au cours de la journée en raison des énergies renouvelables, mais l'objectif principal est de s'assurer que de 4 heures à 9 heures, lorsque la demande est la plus élevée, nous avons une capacité d'approvisionnement suffisante pour y répondre. Nous dépensons donc de l'argent pour construire des centrales électriques et des lignes de transmission pour fournir cet approvisionnement.

Le graphique montre la demande et l'offre de la Californie pendant la vague de chaleur, le 3 septembre 2022. L'offre totale était supérieure à 55 gW, il y avait donc un peu plus, mais pendant le pic de 3h à 9h, c'est plus de 40gW.

Le reste de la journée, l'approvisionnement est encore disponible. Nous n'allumerons peut-être toutes les centrales électriques qu'en fin d'après-midi, mais nous les avons payées et pouvons les faire fonctionner à d'autres moments si nous le voulons. Certaines centrales, comme les centrales nucléaires, doivent fonctionner toute la journée, elles sont difficiles à éteindre. Les centrales au gaz naturel efficaces prennent un certain temps pour se réchauffer et se refroidir, mais nous pouvons les éteindre lorsqu'elles ne sont pas nécessaires. Les centrales hydroélectriques peuvent être activées et désactivées à volonté. Les centrales solaires ne produisent bien sûr de l'électricité que pendant la journée, et surtout lorsqu'il fait soleil.

Les voitures peuvent recharger à tout moment de la journée. La voiture américaine moyenne parcourt moins de 40 miles par jour, ce qui signifie qu'elle peut généralement passer 5 jours sans recharger si nécessaire, mais elle peut certainement choisir quand elle rechargera tant qu'elle peut se brancher. La plupart se branchent la nuit, lorsqu'il y a la plus grande capacité d'électricité excédentaire sur le réseau et que l'électricité est la moins chère. À l'avenir, d'autres se brancheront au travail, mais il y aura une capacité excédentaire jusqu'à environ 2 heures pour ces voitures. Un très petit nombre de voitures sur les trajets routiers devront recharger en fin d'après-midi, et elles paieront une prime pour cela.

Les gens qui ne comprenaient pas cela pensaient qu'il était ironique que la Californie ait annoncé son intention de passer au tout électrique d'ici 2035 la même semaine qu'une vague de chaleur leur a fait rappeler aux gens de ne pas recharger de 4h à 9h. Cela a été mal rapporté car ils demandaient aux gens d'éviter de recharger leur voiture, mais en fait, le conseil de ne pas recharger aux heures de pointe est un bon conseil standard à tout moment, pas seulement pendant les vagues de chaleur. Personne en Californie ne s'est retrouvé avec une voiture morte à cause de cette pénurie, car ce n'est qu'un pic de demande pour la puissance, pas l'énergie, aux heures de pointe.

(Il convient de noter qu'en dépit des avertissements, l'opérateur du réseau californien n'a jamais eu à faire de coupures de courant. De simples messages texte demandant aux gens de réduire l'électricité ont étonnamment bien fonctionné.)

Un référent :

L'énergie est ce qui fait un travail utile, comme déplacer les voitures et refroidir les maisons. Il est mesuré en unités comme les kilowattheures (kWh) ou même en gallons d'essence. La puissance est le débit d'énergie, mesuré en kilowatts ou en chevaux-vapeur. Votre voiture peut avoir besoin d'un gallon d'essence pour parcourir 30 miles, ou de 7.5 kWh, mais elle a besoin de plus de puissance pour le faire plus rapidement. En particulier parce que kW et kWh semblent si similaires, les gens les confondent.

Plus d'énergie

Nous n'avons pas besoin d'augmenter la puissance du réseau pour recharger toutes les voitures, mais il faudra qu'il produise plus d'énergie. Même si toutes les nouvelles voitures en 2035 sont électriques, il faudra attendre environ 20 ans après que la plupart des voitures à essence quittent la route. Aujourd'hui, les Américains parcourent environ 3 XNUMX milliards de kilomètres par an (une demi-année-lumière !) S'ils faisaient tout cela dans des voitures comme la TeslaTSLA
Le modèle 3, qui nécessiterait 750 térawattheures (tWh) de plus par an. En 2020, les États-Unis ont généré 4,000 20 TWh, ce qui représente une augmentation d'environ 2050 % - mais pas avant XNUMX environ. C'est plus que cela, car il y aura des camions qui utiliseront beaucoup plus d'énergie par kilomètre, et d'autres voitures moins efficaces, et là il y aura plus de voitures et plus de conduite, mais cela vous donne une idée précise de la quantité d'énergie supplémentaire nécessaire. (Nous voulons également déplacer le chauffage au gaz pour les maisons et l'eau chaude des pompes à chaleur fossiles vers les pompes à chaleur électriques, ce qui est une discussion différente.)

Le réseau électrique américain a déjà augmenté sa production totale d'énergie de 20 % au cours des 30 dernières années, c'est donc certainement quelque chose qui a déjà été fait sans aucun effort particulier. Étant donné que l'augmentation peut être plus importante, un effort particulier peut être nécessaire. (Peut-être pas, nous continuons à améliorer notre efficacité, et beaucoup de nos appareils et choses comme nos ampoules utilisent une fraction de l'énergie qu'ils utilisaient dans le passé.)

Alors que nous avons besoin de 20 % d'énergie en plus, nous n'avons pas besoin de beaucoup plus d'électricité grâce aux voitures électriques. Nous pouvons avoir besoin de plus de puissance pour d'autres choses - en particulier la croissance démographique - ou nous pouvons avoir besoin de moins lorsque nous devenons plus efficaces. Les nouvelles centrales électriques offrent à la fois plus de puissance et plus d'énergie, bien que de différentes manières. Si nous prévoyions simplement de brûler plus de charbon et de gaz, nous pourrions en fait obtenir plus d'énergie des centrales existantes en brûlant plus de carburant, mais ce n'est pas notre plan, nous aurons donc besoin de plus de centrales renouvelables. Nous n'aurons pas besoin de plus de grille à cause des voitures, cependant.

Cet effort supplémentaire viendra principalement des énergies renouvelables, notamment solaires. Ce n'est pas pour une raison environnementale. Aujourd'hui, l'énergie solaire est le type de nouvelle centrale électrique le moins cher à construire. Lorsque vous regardez le coût total par kWh de n'importe quel type d'installation, le solaire est le gagnant - et il devient moins cher chaque année. Si vous voulez juste de l'énergie au prix le plus bas et que vous pouvez choisir quand vous l'utilisez, l'énergie solaire est la seule centrale à construire simplement sur le prix - même si les émissions nulles sont certainement agréables.

Bien qu'il soit propre, silencieux et facile à utiliser, son seul inconvénient est qu'il ne fournit de l'électricité que lorsqu'il fait beau. En fait, si vous vouliez produire 24 mégawattheures par jour, vous pourriez le faire avec une centrale ordinaire de 1 mégawatt fonctionnant toute la journée, mais avec l'énergie solaire, vous pourriez avoir besoin d'une centrale de 6 mégawatts, et vous n'obtiendriez votre électricité qu'en la journée, sauf si vous disposiez également d'un espace de stockage. Mais cette centrale solaire de 6 mégawatts coûterait moins cher par unité d'énergie qu'une centrale au gaz, au charbon ou nucléaire de 1 mW.

Pour résoudre ce problème, vous devez trouver une grosse charge capable de prendre la fourniture d'énergie intermittente d'une centrale renouvelable quand on lui demande de le faire - lorsque le soleil brille ou que le vent souffle.

C'est exactement le type de batteries de charge, c'est-à-dire les véhicules électriques. Tant qu'une voiture est branchée, elle prendra de l'énergie lorsqu'il y aura un surplus, et ne le prendra pas lorsqu'il y aura une pénurie. Très peu d'autres charges sont aussi flexibles. Pour chaque autre charge, vous avez besoin d'énergie quand vous en avez besoin, mais avec une batterie, vous la prenez à un moment différent de celui auquel vous l'utilisez. Une autre charge comme celle-ci est la filtration de l'eau de la piscine - il vous suffit de filtrer suffisamment chaque jour, peu importe quand.

Chauffage et climatisation

La plus grande charge sur le réseau électrique, et la cause de la demande de pointe, est le refroidissement, et comme nous passons du chauffage des combustibles fossiles aux pompes à chaleur (climatiseurs à l'envers), cela deviendra également une charge importante. Mais le chauffage et la climatisation peuvent également modifier leur besoin, si nous utilisons des équipements conçus pour cela. C'est parce que vous pouvez stocker la chaleur (ou le froid) dans la « batterie » la moins chère de toutes : l'eau.

Les nouveaux climatiseurs avancés savent à quel point la climatisation sera nécessaire plus tard dans la journée. Pendant la nuit et le matin, ils refroidissent et congèlent l'eau dans des réservoirs de glace isolés. Ils le font lorsque l'électricité est bon marché et abondante, et lorsque la température est plus basse et que cela demande moins d'efforts. Plus tard, lorsque l'électricité se fait rare, ils utilisent cette glace pour refroidir les bâtiments. Nos prévisions de température sont désormais très précises, ce qui permet aux ordinateurs de contrôler l'ensemble de ce processus pour le rendre rapide et efficace. L'électricité arrivera soit la nuit (quand la demande est faible), soit le matin (quand il fait encore frais et qu'il y a un gros surplus d'énergie solaire). Le surplus solaire sera si important que toutes les charges qui peuvent se déplacer dans le temps (comme les batteries , refroidissement et chauffage) prendra le surplus le matin. Les énergies renouvelables ont besoin de stockage, mais ce stockage sera les batteries déjà dans les voitures et les réservoirs de glace ou (pour le chauffage) d'eau chaude. Il y aura également d'autres types de stockage (pompe hydraulique et batteries et autres méthodes), mais nous en aurons besoin de beaucoup moins que si nous nous en tenions à nos anciens climatiseurs.

En tant que tel, une grande partie des problèmes d'un futur réseau renouvelable peut être résolu avec des véhicules électriques et de la glace. Notez que cela n'implique pas que les voitures servent de batteries via ce qu'on appelle la technologie "vehicle to grid". Cela peut être fait une fois que les batteries deviennent très durables, mais cela n'a pas de sens lorsque les batteries de voiture coûteuses s'épuisent pendant leur fonctionnement, à moins que l'électricité ne puisse être vendue à des prix au comptant très élevés pendant la surcharge du réseau.

(Le stockage de glace pour le refroidissement et le chauffage a été étonnamment lent à se déployer. Selon Mike Hopkins, ancien PDG d'Ice Energy, la première entreprise de l'espace, les personnes qui installent la climatisation ne sont tout simplement pas habituées aux nouveautés, et même au gouvernement de base. Il pense que la loi devrait commencer à exiger le stockage - pas nécessairement de la glace - pour le chauffage et la climatisation dans les nouvelles constructions, et cela résoudra le problème de la demande de pointe.)

Le problème du solaire est qu'il génère de l'énergie selon l'horaire du soleil, pas le vôtre. Les véhicules électriques ont besoin de beaucoup plus d'énergie électrique, mais peuvent l'accepter selon l'horaire du soleil. Les deux problèmes s'annulent mutuellement. Lorsque vous ajoutez la capacité des climatiseurs, des systèmes de chauffage domestique et des systèmes d'eau chaude à produire et à stocker du chauffage et de la climatisation et à les distribuer plus tard, c'est comme si les problèmes étaient créés l'un pour l'autre. Bien sûr, cela ne résout pas tout — nous aurons besoin d'autres types de stockage, et probablement plus d'éolien, de nucléaire et de géothermie. Et nous continuerons d'utiliser nos usines de gaz naturel pendant un certain temps encore aux sommets les plus élevés. Certaines personnes pensent que nous utiliserons même les batteries des véhicules électriques pour revendre de l'électricité au réseau au plus fort afin d'éviter cela. Dans le graphique ci-dessus, la ligne solaire jaune deviendra beaucoup plus haute - en fait plus haute que la demande de pointe, mais cela crée un gros problème à 7 heures lorsque le soleil se couche et que tout à coup toute cette puissance de pointe doit provenir de sources non solaires.

La façon dont les véhicules électriques sont le salut du réseau est qu'ils nous permettent de construire une tonne de capacité solaire verte et bon marché, puis nous donnent un endroit pour mettre toute la production solaire supplémentaire du matin à 3 heures.

Nous devrons également installer beaucoup plus de prises de recharge là où les voitures se garent de 8h à 3h, ce qui est un mélange de lieux de travail et de maisons. Alors que la nuit est le moment le plus pratique, le surplus d'énergie solaire bon marché sera le matin. Il reste encore beaucoup à faire, mais les véhicules électriques, avec leur flexibilité à prendre de la puissance, feront partie de la solution, pas du problème.