Recharge des véhicules électriques et stockage d'énergie : comment les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) réduisent la demande de pointe et favorisent la recharge rapide
Les stations de recharge pour véhicules électriques deviennent des actifs commerciaux très gourmands en énergie. Le démarrage simultané de quelques chargeurs à haute puissance peut provoquer un pic de demande bref mais intense, susceptible de dépasser la capacité souscrite du site, d’entraîner des surcoûts liés à la demande ou de retarder la modernisation du réseau. Recharge des véhicules électriques et stockage d'énergie offre aux propriétaires de sites un autre moyen de gérer cette énergie : un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) peut se recharger lorsque le réseau dispose d'une capacité excédentaire et se décharger lorsque les véhicules ont besoin d'une recharge rapide.
Cet article explique comment le stockage par batterie destiné à la recharge des véhicules électriques contribue à l'écrêtement des pics de consommation, à l'équilibrage de la charge et à la gestion de la demande. Il présente également les informations relatives au projet nécessaires pour évaluer une solution de stockage d'énergie destinée à une borne de recharge. Les exemples sont donnés à titre indicatif uniquement ; une conception technique doit s'appuyer sur les données de charge mesurées sur site, les règles des réseaux de distribution, les commandes des chargeurs et les exigences de sécurité.
Pourquoi la recharge des véhicules électriques entraîne un profil de charge commercial complexe
La consommation d'énergie d'un chargeur de véhicule électrique n'est pas la seule préoccupation en matière de conception. Quand La quantité d'énergie consommée, le nombre de chargeurs fonctionnant simultanément et le délai dans lequel les conducteurs prévoient de repartir sont autant de facteurs qui peuvent déterminer l'infrastructure électrique nécessaire.
Un dépôt peut brancher de nombreux véhicules pendant la nuit, tandis qu’une autoroute ou un centre de gestion de flotte peut connaître des arrivées concentrées pendant une plage horaire restreinte. Dans un site de commerce de détail, un lieu de travail, un centre logistique ou un établissement hôtelier, la demande de recharge s’ajoute aux charges liées à la réfrigération, au chauffage, à la ventilation et à la climatisation (CVC), à l’éclairage, à la production et aux autres charges du bâtiment. Si plusieurs chargeurs de 150 kW ou plus démarrent simultanément, la charge simultanée peut être bien supérieure à la charge de base normale du site.
L'AIE classe les bornes de recharge publiques d'une puissance supérieure à 22 kW et inférieure ou égale à 150 kW dans la catégorie « rapide », et celles d'une puissance égale ou supérieure à 150 kW dans la catégorie « ultra-rapide ». Son analyse pour 2025 indique que le parc mondial de bornes de recharge rapides a atteint environ 2 millions en 2024, tandis que celui des bornes de recharge ultra-rapides a augmenté de plus de 50% cette année-là.1 Cette expansion met davantage l'accent sur la planification en matière de qualité de l'alimentation électrique, de capacité de raccordement et de contrôlabilité, et ne se limite pas à l'installation d'un plus grand nombre de bornes de recharge.
La contrainte liée au raccordement au réseau
Le raccordement au réseau électrique est généralement limité par la capacité disponible du réseau, les caractéristiques nominales des transformateurs et des appareillages de commutation, les réglages de protection, les contraintes d’urbanisme locales et les conditions commerciales du raccordement. Un site peut disposer d’une capacité de consommation d’électricité annuelle suffisante, mais ne pas disposer pour autant d’une puissance instantanée suffisante pour permettre des recharges rapides simultanées.
Un raccordement de plus grande capacité peut résoudre le goulot d’étranglement électrique, mais cela peut impliquer des travaux de renforcement, des travaux de génie civil, de longs délais d’autorisation ou des frais fixes de capacité plus élevés. Cela peut également se traduire par un raccordement surdimensionné sur le site, qui ne serait utilisé que lors de pics de trafic occasionnels. Un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) peut servir de tampon contrôlable entre le raccordement au réseau et les chargeurs, sous réserve de l’accord du fournisseur d’électricité et dans les limites de la conception du système.
L'AIE souligne que l'impact des véhicules électriques dépend des besoins en puissance et en énergie, du réseau utilisé, de la simultanéité des recharges, des segments de véhicules, des préférences des utilisateurs et des habitudes de mobilité locales. Elle recommande également de privilégier la recharge gérée à la recharge non gérée lorsque cela est possible.2 Ces principes s'appliquent directement aux projets de recharge commerciale.
Comment fonctionne le stockage d'énergie pour la recharge des véhicules électriques
Un système BESS de recharge pour véhicules électriques comprend généralement des modules de batterie, un système de gestion de batterie, des équipements de conversion de puissance, un système de gestion de l'énergie, des dispositifs de protection et d'apparatage, un système de gestion thermique, des systèmes de communication, ainsi qu'un boîtier ou tout autre dispositif d'installation. L'architecture exacte dépend des conditions du site et des modes de fonctionnement requis.
Dans un scénario classique de lissage des pics de consommation, le BESS se recharge pendant une période de faible demande ou lorsque de l'énergie renouvelable est disponible. Le système de gestion de l'énergie surveille l'importation d'énergie du réseau vers le site et la charge combinée des chargeurs. Lorsque la charge prévue ou mesurée s'approche d'une limite d'importation configurée, le BESS se décharge pour répondre à une partie de la demande de charge. Une fois l'événement terminé, il peut se recharger pendant la plage tarifaire ou d'exploitation sélectionnée.
La batterie ne remplace pas nécessairement l'électricité du réseau. Le plus souvent, elle compléments alimentaires un raccordement au réseau délibérément limité, afin que les chargeurs puissent fournir une puissance de sortie plus élevée sur de courtes durées sans que le raccordement de l'ensemble du site doive s'adapter à la charge maximale théorique des chargeurs. La puissance nominale de la batterie détermine le niveau de soutien instantané disponible ; l'énergie utilisable détermine la durée pendant laquelle ce soutien peut être maintenu. Ces deux éléments doivent être dimensionnés en fonction du profil de recharge.
Égalisation des pics de consommation, équilibrage de la charge et gestion de la demande
Ces termes se recoupent, mais ils désignent des objectifs de conception différents.
| Fonction | Ce que gère le contrôleur | À des fins commerciales | Question typique relative à la conception |
|---|---|---|---|
| Réduction des pics de consommation liés à la recharge des véhicules électriques | L'importation maximale du réseau vers le site lors des opérations de recharge | Réduire les coûts liés à la demande ou respecter une limite de connexion | Quel plafond d'importation ne doit pas être dépassé ? |
| Équilibrage de charge des bornes de recharge pour véhicules électriques | Répartition de la puissance entre les chargeurs et les véhicules | Prendre en charge davantage de véhicules tout en évitant d'atteindre simultanément la capacité maximale | Quels sont les véhicules qui doivent bénéficier d'une priorité, et dans quel délai ? |
| Gestion de la demande | Charge du site, tarifs, horaires et contraintes d'exploitation | Coordonner la tarification en fonction des signaux de prix émis par les gestionnaires d'immeubles et les fournisseurs d'énergie | Dans quelles circonstances faut-il procéder à la recharge, au fonctionnement sur batterie ou à la réduction de la production ? |
| Prise en charge de la recharge rapide | Décharge de courte durée de la batterie pour augmenter la puissance disponible du chargeur | Offrir une meilleure expérience de recharge là où le réseau électrique est limité | Pendant combien de temps et à quelle fréquence le système BESS doit-il fournir une puissance élevée ? |
Égalisation de la charge
Le lissage des pics repose sur un seuil de contrôle. Par exemple, si une installation souhaite maintenir ses importations du réseau en dessous d’une limite convenue, le système de stockage d’énergie par batterie (BESS) se décharge dès que la charge combinée du bâtiment et des chargeurs menace de dépasser cette limite. Ce seuil doit tenir compte du délai de mesure, de l’erreur de prévision, de l’état de charge de la batterie, des exigences en matière de réserve, ainsi que des caractéristiques de réponse des chargeurs et du système de conversion d’énergie.
L'écrêtement des pics ne revient pas automatiquement à réduire la consommation totale d'énergie. Il modifie simplement le moment et la source d'approvisionnement en énergie. La valeur commerciale dépend de la structure tarifaire, de l'intervalle de calcul de la demande, des pertes des batteries, des limites de fonctionnement et du coût des cycles de charge-décharge. Un modèle financier devrait donc comparer le coût d’exploitation total du système de stockage d’énergie par batterie (BESS) aux coûts évités en termes de capacité, de demande ou de raccordement, plutôt que de supposer que chaque kilowattheure déchargé est gratuit.
Équilibrage de charge
L'équilibrage de charge des chargeurs de véhicules électriques est une stratégie de contrôle visant à répartir la puissance disponible. Au lieu de laisser chaque chargeur solliciter sa puissance nominale maximale, le contrôleur du site peut répartir la puissance en fonction de l'état de charge du véhicule, de l'heure de départ, de la priorité de la flotte, des niveaux de service minimaux et de la limite d'importation du site. Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) ajoute une ressource supplémentaire contrôlable : le contrôleur peut combiner l'énergie du réseau, celle des batteries, la production solaire (le cas échéant) et les consignes de charge des bornes.
Dans le cas d'un dépôt de flotte, cela permet de garantir le respect des horaires de départ. Dans le cas d'un site public, cela permet de réduire le risque qu'une session d'un véhicule entraîne la limitation de toutes les autres sessions. L'objectif recherché n'est pas toujours d'atteindre la puissance instantanée maximale ; il s'agit souvent d'obtenir le débit utile le plus élevé possible dans le respect des contraintes électriques et commerciales.
Gestion de la demande et tarifs
Les tarifs peuvent influencer le meilleur programme d'exploitation. Les tarifs en fonction de l'heure peuvent inciter à recharger en heures creuses, tandis que les redevances de puissance peuvent être calculées sur la base de la consommation moyenne la plus élevée enregistrée sur un intervalle défini. Certains sites peuvent également être soumis à des limites de capacité contractuelle, à des restrictions d'exportation ou à des signaux dynamiques émis par les fournisseurs d'énergie. Le système de gestion de l'énergie doit refléter les règles tarifaires et de facturation réelles plutôt que de se baser sur une hypothèse générique de pic/heures creuses.
L'AIE considère que la conception des tarifs, les contrats et les marchés de flexibilité constituent des outils permettant de récompenser la gestion de la charge et recommande de valoriser la flexibilité lorsqu'elle apporte des avantages au réseau.2 Pour un propriétaire d'établissement commercial, cela signifie que l'analyse de rentabilité doit tenir compte à la fois des économies directes et de l'intérêt opérationnel de maintenir les bornes de recharge disponibles pendant les périodes de forte affluence.
Profil de charge « avant-après » à titre d'illustration
Le tableau suivant est un Exemple fictif à titre d'illustration ; il ne s'agit ni de données de projet réelles ni d'un résultat obtenu par un client de DAXIN.. Ce scénario suppose un site doté d'un objectif d'importation en réseau fixe et d'un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) qui comble la différence pendant les pics de charge. Les performances réelles dépendent des commandes du chargeur, de l'état de charge de la batterie, des pertes de conversion, du temps de réponse et de la charge mesurée sur le site.
| intervalle de 30 minutes | Charge du bâtiment (à titre indicatif) | Demande de recharge avant la mise en place du système de stockage d'énergie par batterie (à titre indicatif) | Importation depuis le réseau avant le BESS | Assistance pour les batteries après le BESS | Importation vers le réseau après passage par le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) |
|---|---|---|---|---|---|
| 08:00–08:30 | 180 kW | 120 kW | 300 kW | 0 kW | 300 kW |
| 08:30–09:00 | 190 kW | 260 kW | 450 kW | 100 kW | 350 kW |
| 09:00–09:30 | 210 kW | 390 kW | 600 kW | 250 kW | 350 kW |
| 09:30–10:00 | 220 kW | 330 kW | 550 kW | 200 kW | 350 kW |
| 10:00–10:30 | 200 kW | 180 kW | 380 kW | 0 kW | 380 kW |
Dans ce profil illustratif, l'objectif de régulation consiste à limiter l'importation du réseau à environ 350 kW pendant les intervalles de recharge les plus intenses. Le tableau n'indique pas qu'un système réel atteindra ce résultat. Il illustre simplement la logique de conception : la batterie reste inactive lorsque la charge est inférieure au seuil et se décharge lorsque la charge combinée le dépasse.
Comment dimensionner un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) à charge rapide
Une conception pratique commence par une étude de charge plutôt que par le choix d'une taille de batterie particulière. Les données suivantes revêtent une importance particulière.
| Saisie | En quoi cela influe-t-il sur la conception ? |
|---|---|
| Fréquentation du site | Le volume des arrivées, la dynamique des files d'attente, la saisonnalité et la concentration aux heures de pointe déterminent la probabilité d'une recharge simultanée. |
| Caractéristiques techniques des chargeurs et capacité de chargement simultané | La puissance nominale ne correspond pas à la puissance réelle simultanée ; le nombre de connecteurs, la logique de partage et le comportement des sessions ont leur importance. |
| Temps de séjour et engagement de service | Les temps d'arrêt courts nécessitent une puissance plus élevée ou davantage d'énergie disponible par véhicule ; les temps d'arrêt plus longs permettent une recharge contrôlée. |
| Tarifs et règles de demande | Les redevances de capacité, les intervalles de demande, les tarifs en fonction de l'heure de consommation et les règles d'exportation déterminent la valeur d'exploitation. |
| Capacité du réseau | La limite d'importation autorisée définit la puissance qui doit être fournie par le réseau, gérée au niveau des bornes de recharge ou complétée par un système de stockage. |
| Réserve d'exploitation | Une politique de réserve garantit la disponibilité pour les arrivées tardives et réduit le risque de se retrouver à court de batterie pendant les périodes de plus forte affluence. |
| Plan d'expansion | Les futurs chargeurs, l'énergie solaire, l'électrification des flottes ou les charges des bâtiments pourraient modifier les besoins en puissance et l'enveloppe énergétique. |
Un premier calcul utile n’a qu’une valeur illustrative : si les chargeurs demandent 600 kW alors que l’importation autorisée du site est de 350 kW, le besoin de soutien instantané est d’environ 250 kW, avant de prendre en compte les réserves et les pertes. Si ce soutien est nécessaire pendant une heure, le besoin énergétique nominal serait d’environ 250 kWh ; dans une conception réelle, ce chiffre serait augmenté ou ajusté en fonction de l’autonomie utile en fonction de l’état de charge, du rendement, de la dégradation, de la réserve et de la durée prévue de l’événement. Si l’événement dure 15 minutes, le besoin en énergie est moindre, mais la puissance de conversion nominale peut rester déterminante.
Le choix d'un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) ne doit pas se fonder uniquement sur la puissance. Un système à haute puissance et à courte durée de fonctionnement peut convenir à un point d'arrêt sur autoroute soumis à de brèves pointes de trafic, tandis qu'un dépôt peut avoir besoin d'un soutien continu pendant toute la plage horaire de départ. La conception peut également combiner le partage de puissance côté chargeur avec le stockage, ce qui permet à un BESS plus petit de fournir le service requis avec une intensité de cycles moindre.
Différence : lissage des pics avec le système BESS par rapport à la gestion de charge assurée uniquement par le chargeur
La gestion des chargeurs et le stockage par batterie sont complémentaires, et non interchangeables.
| Approche | Force | Limitation |
|---|---|---|
| Gestion du chargeur uniquement | Ne nécessite aucune batterie et permet de réduire la demande simultanée grâce à la programmation ou au partage de puissance | La vitesse de recharge ou le débit peuvent être réduits lorsque la limite du réseau est atteinte |
| BESS avec gestion du chargeur | Permet de maintenir une puissance de charge plus élevée sur de courtes durées tout en respectant une limite d'injection dans le réseau | Ajoute les coûts d'investissement, les pertes de conversion, la maintenance, l'intégration des systèmes de contrôle et les exigences de sécurité |
| Raccordement au réseau de plus grande capacité | Permet d'augmenter la capacité d'importation de l'entreprise | Cela peut nécessiter un renforcement, des frais de raccordement plus élevés et un processus de développement plus long. |
| Approche hybride | Coordonne la capacité de raccordement, les commandes des chargeurs, le stockage et, éventuellement, l'énergie solaire | Cela nécessite une conception intégrée, des priorités de contrôle clairement définies et une mise en service rigoureuse |
Le choix de la solution la plus adaptée dépend des aspects économiques liés au trafic, des engagements en matière de service, des conditions d'exploitation, de l'espace disponible et du coût des alternatives. Vous pouvez découvrir les solutions et l'expérience de DAXIN ENERGY en matière de projets via le Page « Solutions » de DAXIN ENERGY et page des projets; l'adéquation à un projet spécifique nécessite toutefois une évaluation technique.
Liste de contrôle des données du projet pour une évaluation du stockage d'énergie destiné à la recharge des véhicules électriques
Avant de demander une ébauche de conception, rassemblez les informations suivantes :
- L'adresse du site, le service public concerné, le niveau de tension, le schéma unifilaire, les caractéristiques du transformateur, les informations relatives à la protection et les limites d'importation/exportation de courant.
- Au moins plusieurs semaines de données de compteurs à lecture intermittente, couvrant de préférence des jours de semaine, des week-ends, des conditions météorologiques et des pics saisonniers représentatifs.
- Marque et modèle du chargeur, puissance nominale, nombre de connecteurs, comportement en matière de partage de puissance, protocole de communication, extensions prévues et, le cas échéant, enregistrements des sessions réelles.
- Les prévisions de trafic, la répartition des arrivées et des départs, les catégories de véhicules, les temps d'attente, la tolérance aux files d'attente et le niveau de service minimum que l'exploitant souhaite garantir.
- Catégories de charges des bâtiments, horaires d'exploitation, production sur site, systèmes de secours et autres charges flexibles susceptibles d'interagir avec le système de recharge.
- Factures d'électricité, barèmes tarifaires, définitions des frais liés à la demande, conditions relatives à la capacité souscrite, pénalités, ainsi que toute opportunité en matière de réponse à la demande ou de flexibilité.
- Espace, accès, conditions environnementales, exigences en matière de sécurité incendie, limites sonores, évacuation des eaux, tracés des câbles et restrictions relatives à la construction ou à l'entretien.
- Les priorités commerciales, notamment la nécessité d'éviter la modernisation du réseau, le débit de recharge, la résilience, l'intégration des énergies renouvelables, la réduction des coûts d'exploitation ou l'extension future du site.
Ces données permettent une comparaison plus fiable de la puissance de stockage, de l'énergie utilisable, des systèmes de contrôle, de la stratégie de raccordement et de la rentabilité sur l'ensemble du cycle de vie. Elles réduisent également le risque de dimensionner une batterie en fonction d'un pic théorique de charge qui se produit rarement, ou au contraire de la sous-dimensionner par rapport à un profil de trafic récurrent.
Conclusion : assouplir la capacité de recharge
Le stockage d’énergie pour la recharge des véhicules électriques peut aider les sites commerciaux à gérer l’écart entre les puissances nominales élevées des chargeurs et la capacité limitée du réseau. Grâce à l’écrêtement des pics de consommation, à l’équilibrage de la charge et à une gestion de la demande tenant compte des tarifs, un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) peut prendre en charge la recharge rapide tout en maintenant l’importation d’énergie du réseau dans une fourchette d’exploitation définie. Les conceptions les plus performantes s’appuient sur des données mesurées relatives à la charge et au trafic, puis coordonnent la batterie, les chargeurs, le raccordement au réseau et les charges du site grâce à une stratégie de contrôle claire.
DAXIN ENERGY peut être considérée comme faisant partie de ces premières discussions techniques. Pour aborder le profil opérationnel d'un projet et les informations requises sans vous engager prématurément sur une technologie ou un cahier des charges, utilisez le Page de contact de DAXIN ENERGY.
Références
Remarque concernant cet article : les calculs à titre d'illustration et les profils de charge présentés dans cet article ne sont que des exemples explicatifs. Il ne s'agit ni de résultats mesurés issus de projets, ni de devis, ni de caractéristiques techniques de produits, ni de certifications, ni de prix, ni de délais de livraison, ni de garanties.