Le cycle de l'électricité
L’électricité circule dans toutes les directions. En fonction de l'endroit où la quantité est produite et de l'endroit où elle est consommée. En Europe, il est négocié en bourse - ici aussi, la loi de l'offre et de la demande s'applique, qui détermine le prix.
Comment est-il produit ? Comment arrive-t-il chez nous ? Sous quelles formes peut-on le stocker et comment le réutiliser au mieux ? Le graphique ci-dessous est destiné à répondre exactement à ces questions. Continuez à faire défiler et vous découvrirez ce qui se passe avec l'électricité et où.
production
L’électricité peut être produite de différentes manières. Dans les centrales nucléaires, grâce à l'énergie solaire, éolienne et hydraulique ou dans les centrales électriques au charbon. En fait, la part des centrales nucléaires dans l'ensemble du réseau électrique ne représente qu'environ 26 %, soit deux fois plus que la quantité d'énergie renouvelable dans le monde. En Europe, 20 % supplémentaires proviennent de l'énergie solaire, éolienne et hydraulique et plus de 50 % des combustibles fossiles, dont la plupart proviennent de centrales électriques au charbon.
transport
De la source au distributeur
Une fois produit, il nous revient tout seul. Presque.
Après la production, l'électricité est d'abord transportée vers des lignes à haute tension (jusqu'à 220 kV) à une fréquence de 50 Hz (courant alternatif) pour être transportée sur de plus longues distances. Lorsqu'il se rapproche de sa destination, il est acheminé vers des lignes à haute tension (110 kV), d'où les premiers consommateurs reçoivent leur électricité. À l’heure actuelle, ce sont principalement les entreprises qui ont besoin de grandes quantités d’électricité, comme les clients industriels ou les chemins de fer.
Dans l'étape suivante, l'électricité est transférée vers des lignes moyenne tension d'une tension de 1 à 50 kV. Ce n'est qu'alors qu'il est injecté dans le réseau urbain ou local, où il dispose encore d'une tension de 400 ou 230 volts. Ce sont les lignes basse tension à partir desquelles nous obtenons également notre électricité.
Le chemin vers la maison
L'électricité ne vient pas directement du grand circuit jusqu'à nos maisons : elle passe d'abord par un coffret de distribution avant d'être transmise aux différents coffrets électriques des maisons. Au moment où elle arrive à la maison, l’électricité est triphasée – également appelée courant triphasé. Courant triphasé car il y a trois phases, c'est à dire trois conducteurs, dans ces lignes électriques. Chacun de ces conducteurs a la même tension, mais les courbes de tension et donc les maxima de chaque courbe sont décalés d'un tiers de la phase sinusoïdale. C'est ainsi que se produit la rotation, c'est pourquoi le courant est également appelé courant triphasé.
à la maison
Stockage d'électricité
C'est une époque passionnante en matière de stockage d'électricité : les dernières technologies sont actuellement testées, comme le smart grid. Il s’agit de stocker l’électricité lorsque la consommation est faible et de pouvoir la « rappeler » lorsque la demande augmente.
Mais nous pouvons déjà économiser grâce aux piles, comme nous le savons tous. Ces batteries sont simplement chargées et utilisées comme source d'énergie. Exactement la même chose dans une voiture électrique.
Distribution dans la maison
Contrairement au coffret de distribution situé à l’extérieur de la maison, l’électricité de la maison est uniquement monophasée. Il arrive de l'extérieur au boîtier d'alimentation en trois phases et est transmis aux prises sous une forme affaiblie, c'est-à-dire en une seule phase. Les doses dans chaque maison sont conçues pour que chaque phase reçoive la même charge.
utiliser
Informations générales sur la consommation d'électricité
Les usages de l'électricité sont multiples : nous en avons besoin tous les jours, ne serait-ce que pour nous sécher les cheveux, faire du café, etc... Rien de tout cela ne fonctionnerait sans électricité. Et bientôt, conduire une voiture fera également partie des choses que vous devez à l’électricité. Toutefois, l’utilisation de l’électricité n’est pas totalement sans problème. Il possède une énergie incroyablement forte qui doit être utilisée avec beaucoup de prudence. C'est pourquoi il existe désormais des normes européennes auxquelles les appareils électriques doivent répondre pour être considérés comme « sûrs ».
appareils électroménagers
Les appareils électroménagers ont une consommation d’énergie relativement faible. Son niveau pour chaque appareil est indiqué comme « performance maximale ». Par exemple, si cela fait 1000W (=1kW) pour un sèche-cheveux, le fonctionnement de cet appareil consomme 1kW en une heure. La consommation est donc de 1 kWh (kilowattheure). Cela signifie que ces appareils ne nécessitent pas de connexions triphasées : des prises de courant alimentées uniquement par une seule phase suffisent. Depuis l'accès triphasé, une seule phase est transmise par prise domestique. Pour garantir que les trois phases sont chargées de manière égale, les appareils doivent être répartis de manière égale entre les phases. (voir photos)
Fiches et prises bientôt disponibles
Dans une prise Schuko normale et dans la prise bleue CEE, il y a toujours une phase, un zéro et un conducteur de protection - c'est pourquoi ce sont aussi des "prises 230V". Les CEE bleues ne sont qu'une conception différente des prises Schuko - solides et résistantes aux éclaboussures. Dans les prises rouges CEE, il y a des conducteurs triphasés, neutres et de protection - d'où les « prises 400 V » ou familièrement « prises triphasées ». Les prises CEE rouges sont disponibles en 2 tailles - l'une est mécaniquement plus grande que l'autre - mais cela n'a rien à voir avec les niveaux de courant !
En principe, n'importe quelle « prise 400 V » (rouge CEE) peut être transformée en « prise 230 V » (Schuko ou bleu CEE). Tout ce dont vous avez besoin est la bonne combinaison « Prise -> Câble -> Couplage ». Il n'y a aucune conversion électrique ou autre magie impliquée ici - deux phases sont simplement laissées de côté.
ATTENTION : il y a une particularité. Les fusibles toujours connectés en amont servent à protéger les câbles et appareils en aval des courants excessifs. Dans la distribution domestique typique, un câble d'une section de 1,5 mm² est utilisé. Ces câbles ne peuvent être chargés qu'avec un maximum de 16 A, sinon il existe un risque d'incendie. Une prise Schuko ou une prise pour CEE bleu peut également être chargée en 16A et est donc protégée en 16A. Le plus petit rouge CEE est fusionné avec 3x16A. Si je laisse ici deux phases et que je les adapte à un couplage Schuko ou CEE blue, tout va bien, car une phase est correctement protégée avec 16A !
Le plus grand rouge CEE peut être chargé avec 3x32A et est également protégé par trois fusibles de 32A. Si j'omets ici deux phases et que je les adapte à Schuko, alors le Schuko serait protégé par 32A, ce qui à son tour serait dangereux ! Par conséquent, lors de l'adaptation du CEE 32 à d'autres prises plus petites, il doit toujours y avoir des fusibles supplémentaires de 16 A dans le câble adaptateur. Cela montre clairement qu’il n’y a aucune conversion nulle part, et qu’il n’y a pas non plus besoin d’électronique sophistiquée – le courant est le même partout ! Les câbles adaptateurs sont toujours stupides et peuvent donc être obtenus à moindre coût. Les prises ne délivrent pas de courant spécifique, mais uniquement le courant "demandé" par l'appareil connecté - jusqu'à un maximum du niveau des fusibles en amont.
Processus de chargement
Charger les voitures est différent de l’utilisation d’appareils électroniques traditionnels. La recharge depuis une prise domestique est également possible, mais cela prend beaucoup plus de temps. Pour recharger efficacement une voiture, nous vous recommandons de la connecter à une prise triphasée. Cependant, cette connexion triphasée n’est pas la même que celle décrite ci-dessus. Ici, vous n'avez pas besoin de courant triphasé, sauf si vous souhaitez faire des pirouettes en voiture. Bien que la structure soit la même que celle des prises triphasées, le courant n'est pas prélevé en tant que tel, mais de chaque phase via le conducteur neutre – chaque phase fournit donc 230 V. Vous pouvez voir la structure de cette connexion dans l’illustration.
Charger la voiture
Mode 1
En mode 1, en principe, seuls les appareils électriques qui ne nécessitent pas d'unité de commande (voir sections suivantes) peuvent être chargés, mais qui sont connectés directement à la prise, c'est-à-dire sans communication. Il s’agit par exemple de vélos électriques ou de petites voitures électriques comme la Renault Twizy – mais en aucun cas de voitures électriques à part entière.
Mode 2
La charge en mode 2 signifie que l'unité de commande du processus de charge est mobile. Ainsi, si vous chargez avec des chargeurs mobiles, tels que le Juice Booster, cela se produit en mode 2. Des chargeurs mobiles sont nécessaires pour pouvoir charger indépendamment n'importe où. Cette unité de commande communique avec la voiture et verrouille automatiquement la connexion à la voiture et à la source d'alimentation afin que la fiche ne puisse pas être retirée à pleine charge.
Mode 3
La recharge en mode 3 est en fait exactement la même qu'en mode 2. La seule différence : l'unité de commande n'est pas mobile, mais stationnaire et est connectée en permanence au réseau électrique par un électricien. Cela signifie que vous n'avez besoin que de la connexion entre la voiture et l'unité de commande, ce qui facilite un peu le transport du câble de charge - à moins qu'il ne soit fixé de manière permanente à la station de charge.
Mode 4
Le mode 4 correspond à la charge CC. Ici, l'électricité est convertie du courant alternatif (AC) en courant continu (DC) par un redresseur situé à l'extérieur du véhicule (Figure : Juice Director). Ceci est nécessaire car seul du courant continu peut être stocké dans les batteries. Dans les autres modes de recharge, cette transformation s’effectue uniquement à bord de la voiture. Cependant, des redresseurs plus gros, plus lourds et donc plus puissants peuvent être utilisés à l'extérieur de la voiture, qui peuvent simultanément convertir plus de kW. Cela accélère le processus de charge par rapport aux modes 1 à 3. Cependant, les chargeurs DC sont actuellement beaucoup trop chers pour une utilisation domestique et conviennent particulièrement aux flottes de véhicules. La recharge en mode 4 n'est possible qu'avec un CHAdeMo, une prise CCS ou un Tesla Supercharger. Vous trouverez de plus amples informations sur la recharge en courant continu dans le chapitre suivant.
Lors d'une charge avec CA (courant alternatif)
Comme décrit dans le chapitre AC/DC, l’électricité se présente sous forme de courant alternatif et de courant continu. Le courant alternatif est plus facile à transporter, tandis que le courant continu est plus facile à stocker. Cela signifie que l’électricité est envoyée à la voiture sous forme de courant alternatif, convertie dans la voiture puis stockée sous forme de courant continu dans la batterie. À partir de la batterie, il est reconverti en courant alternatif et utilisé pour la propulsion.
Lors d'une charge avec DC (courant continu)
L’étape de conversion du courant alternatif en courant continu peut également être avancée afin que l’électricité qui arrive dans la voiture soit déjà du courant continu et puisse être stockée directement. Cependant, cela nécessite un appareil spécial et une prise adaptée. Étant donné que les redresseurs situés à l'extérieur de la voiture sont généralement plus grands et donc plus puissants que ceux installés, le temps de charge est raccourci. Nous avons décrit avec quelles prises cette charge accélérée est possible dans le chapitre Prises et câbles.
En conduisant
Les voitures électriques modernes utilisent uniquement des moteurs à courant alternatif. Les avantages par rapport aux moteurs à courant continu compensent largement la très faible perte de conversion du courant continu de la batterie :
Les moteurs à courant alternatif ont un rendement nettement meilleur. Vous pouvez facilement passer à la dynamo (récupération) en roue libre et ainsi récupérer beaucoup d'énergie lors de la décélération.
La marque automobile Tesla doit son nom au découvreur du courant alternatif, le serbo-croate Nikola Tesla.
Batterie ou batterie ?
L'accumulateur
C’est la batterie qui fait aujourd’hui progresser la plupart des véhicules électriques. Dans le langage courant, on l'appelle souvent simplement « batterie », mais d'un point de vue technique, cela est incorrect. Les batteries sont des dispositifs de stockage d'énergie à usage unique et ne peuvent pas être rechargées. Comme les piles jetables dans les voitures électriques seraient un gaspillage considérable, des piles rechargeables (accumulateurs - du latin accumulare "accumuler") sont utilisées - comme pour les téléphones portables, etc.
Matériaux et recyclage
Les batteries lithium-ion sont désormais utilisées dans les véhicules électriques courants. Comme leur nom l’indique, ils sont constitués de la matière première lithium, que l’on trouve principalement dans des régions comme l’Afghanistan, l’Amérique du Sud, la Chine et l’Australie. (voir carte pour plus de détails)
Il faut environ 100 g de lithium pour une capacité de batterie de 1 kWh. Celui-ci doit avoir une pureté de 99,95 % afin de garantir des performances optimales. Pour une BMW i3 d'une capacité de 22 kWh, cela représenterait environ 2,2 kg de matière première, avec une base de réserves mondiales estimée à 13 millions de tonnes (les réserves totales sont estimées à 29 millions de tonnes). Le gros avantage des batteries lithium-ion est le recyclage. 90 % des matières premières des piles et accumulateurs peuvent être recyclées, contrairement aux matières premières comme le pétrole brut ou le gaz naturel. Le lithium n'est pas le seul à pouvoir être recyclé par extraction : pour faciliter le recyclage, les batteries qui ont atteint leur durée de vie et qui ne fournissent plus leur pleine capacité seront réutilisées comme dispositifs de stockage d'énergie stationnaires.
Protection FI
Protection FI
En principe, les fournisseurs responsables de boîtiers de recharge soulignent qu'une protection FI doit être disponible sur place (c'est-à-dire dans l'installation électrique de la maison). Pour les courants élevés (triphasés), il doit s'agir d'un FI de type B si des courants résiduels continus ne peuvent être exclus. C'est le cas si la batterie de la voiture n'est pas isolée galvaniquement (c'est actuellement le cas de Renault Zoe). Cependant, celui-ci est assez cher et se situe sur le marché à des prix compris entre 400 et 800 euros environ. Cela signifie qu'une protection FI supplémentaire dans un boîtier de recharge domestique ou mobile n'est pas nécessaire. En outre, à y regarder de plus près, il semble logiquement beaucoup plus judicieux de protéger si possible l'ensemble de la conduite d'alimentation (c'est-à-dire depuis le distributeur domestique) et pas seulement les derniers mètres entre le boîtier de recharge et la voiture, d'autant plus que les éclaboussures La prise de type 2 ne transporte l'électricité que lorsqu'elle est branchée correctement et proprement.
