On-site solar PV and storage make European truck charging stations more affordable and grid-friendly under heterogeneous network tariffs
Cette étude démontre que l'intégration de systèmes photovoltaïques sur site et de stockage d'énergie dans les stations de recharge pour camions de classe mégawatt en Europe réduit considérablement les coûts de recharge nivelés, atténue l'impact économique des tarifs de réseau hétérogènes et soulage les contraintes du réseau en transformant les charges passives en actifs contrôlables et respectueux du réseau.
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La voie vers un avenir plus propre pour le transport de marchandises repose sur un changement unique et massif : remplacer les camions diesel par des camions électriques. Pour les trajets longue distance, ces véhicules ne peuvent pas compter uniquement sur les batteries ; ils doivent se recharger rapidement pendant que les conducteurs prennent leurs pauses obligatoires. Cela nécessite un nouveau type d'infrastructure : des stations de recharge capables de fournir une puissance comparable à la demande électrique totale d'une petite ville. Cependant, la construction de ces stations se heurte à une barrière cachée et complexe. Il ne s'agit pas seulement du coût des chargeurs eux-mêmes, mais du prix de l'électricité qu'ils tirent du réseau local. En Europe, les règles déterminant combien une entreprise paie pour accéder au réseau varient considérablement d'une ville à l'autre. Certaines régions facturent en fonction de l'énergie utilisée, tandis que d'autres facturent en fonction du pic de puissance le plus élevé prélevé à un instant donné. Ces règles divergentes créent une mosaïque de coûts qui peut rendre une station de recharge rentable dans un lieu et un désastre financier dans un autre, même si les camions sont identiques.
Des chercheurs de l'Université de technologie de Chalmers, travaillant avec des partenaires en Allemagne et en Chine, se sont donné pour mission de cartographier ce paysage invisible des coûts à travers toute l'Europe. Ils ont construit une simulation détaillée du futur réseau de fret, identifiant 2 310 emplacements spécifiques où des hubs de recharge seraient nécessaires pour soutenir les camions électriques d'ici 2034. Ils ont ensuite testé ces emplacements par rapport aux règles réelles de tarification de l'électricité de 160 gestionnaires de réseaux locaux différents. L'étude a révélé que la variation de ces règles de tarification locales est un facteur massif et souvent négligé. Dans de nombreux cas, la différence de coût causée simplement par le fait d'être dans une ville plutôt que dans une ville voisine pouvait atteindre 0,04 EUR par kilowatt-heure. Cet écart est si important qu'il rivalise avec le coût de construction de l'équipement de recharge lui-même. Une station qui semble peu coûteuse à construire pourrait s'avérer trop chère à exploiter simplement à cause des règles de facturation locales, tandis qu'une station similaire à proximité pourrait prospérer.
L'équipe a découvert que la solution à cette incertitude financière réside dans l'apport direct de la source d'énergie à la station de recharge. En installant des panneaux solaires sur les toits et les zones de stationnement de ces hubs, et en les couplant à de grands systèmes de stockage par batterie, les exploitants peuvent réduire considérablement leurs coûts. L'étude a simulé trois scénarios différents concernant l'espace solaire disponible, allant de l'utilisation des seuls toits existants à l'utilisation de plus grandes surfaces au sol. Dans les scénarios les plus favorables, la combinaison de l'énergie solaire avec des batteries pourrait réduire le coût total de la recharge d'au moins 20 % pour près de la moitié de tous les emplacements étudiés. Plus important encore, cette configuration agit comme un bouclier contre les règles de tarification chaotiques. Lorsqu'une station génère sa propre énergie et la stocke, elle dépend moins du réseau pendant les périodes de pointe coûteuses. Cette flexibilité réduit l'impact des règles locales variables, lissant efficacement les différences de coûts entre les meilleurs et les moins bons emplacements. Les batteries permettent à la station de stocker l'énergie solaire bon marché générée pendant la journée pour l'utiliser lorsque les camions arrivent, évitant ainsi les frais élevés associés au prélèvement massif d'électricité d'un seul coup.
Au-delà des économies d'argent, cette approche offre un avantage crucial au réseau électrique lui-même. Le principal obstacle à la construction de ces stations est souvent le temps nécessaire pour mettre à niveau les lignes électriques locales afin de supporter la nouvelle et massive charge. Les chercheurs ont constaté qu'en utilisant des panneaux solaires et des batteries pour gérer leurs propres besoins énergétiques, les stations de recharge peuvent retarder la nécessité de ces mises à niveau coûteuses du réseau. Dans leurs simulations, l'ajout de stockage a permis au hub de recharge médian de fonctionner jusqu'à cinq ans de plus avant de devoir demander un raccordement plus important au réseau. C'est parce que les batteries absorbent la demande de pointe, agissant comme un tampon qui empêche la station de tirer une poussée soudaine et écrasante d'électricité des lignes locales. Les batteries garantissent également que l'énergie solaire générée sur site est réellement utilisée, plutôt que d'être gaspillée. Sans stockage, une partie importante de l'énergie solaire pourrait rester inutilisée si les camions ne chargent pas à ce moment précis ; avec le stockage, cette énergie est capturée et utilisée plus tard, augmentant l'efficacité de l'ensemble du système.
L'étude souligne que l'économie des camions électriques ne dépend pas seulement du prix de l'électricité ou du coût du camion, mais de la manière dont ces facteurs interagissent avec les règles des infrastructures locales. Les chercheurs ont montré que si le solaire et le stockage ne peuvent pas éliminer entièrement les différences de coûts, ils peuvent les comprimer de manière significative, rendant le modèle économique des stations de recharge plus stable et prévisible à travers l'Europe. Cette stabilité est essentielle pour les investisseurs et les exploitants qui ont besoin de savoir que leurs projets resteront viables à mesure que le réseau s'étend. Les conclusions suggèrent que le chemin vers l'électrification du fret n'est pas une ligne droite consistant simplement à brancher plus de camions, mais un puzzle complexe consistant à faire correspondre les ressources locales avec les règles locales. En traitant les stations de recharge comme des participants actifs capables de générer et de stocker leur propre énergie, plutôt que comme des consommateurs passifs, l'industrie peut naviguer dans le paysage fragmenté de la tarification de l'énergie en Europe. Cette approche transforme le hub de recharge d'une charge vulnérable en un actif gérable, capable de croître parallèlement à la demande de fret électrique sans submerger immédiatement le réseau.
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