Efficacité énergétique comparée de la voiture à pétrole et de la voiture électrique à batterie / air comprimé / ou hydrogène (diagramme de synthèse)

Samedi 21 mars 2009 6 21 /03 /2009 00:01

Efficacité énergétique comparée de la voiture à pétrole et de la voiture électrique à batterie / air comprimé / ou hydrogène (diagramme de synthèse)

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Le rendement énergétique « Tank-to-Wheel » (du réservoir à essence aux roues):

Véhicule à carburant : Le rendement énergétique « Tank-to-Wheel » (du réservoir à essence aux roues) des meilleurs véhicules à moteur à explosion (hors hybrides) est, aux conditions habituelles d’utilisation, généralement inférieur à 22% pour le diesel et à 18% pour l’essence. [Commentaire: valeurs confirmées dans tous les rapports d'experts sur le sujet, voir les références indiquées en bas de page: WWF, Renault, Mitsubishi, Agence Internationale de l'Energie etc.] (...)

Véhicule électrique : Le rendement énergétique « Tank-to-Wheel » (de la prise électrique aux roues) est typiquement de 72% (65 à 80%) avec les batteries au lithium : environ 88-90% pour le chargeur et de 85 à 95% pour le cycle de charge et décharge avec batteries au lithium ; 96- 98% pour l’électronique de contrôle du moteur ; et de 90 à 95% pour le moteur électrique.

Commentaire: Une voiture diesel qui consomme 6 litres aux 100km (c'est à dire 60kWh aux 100km, 1 litre d'essence à un contenu énergétique d'environ 10kWh) a comme équivalent électrique une voiture qui consomme: (22/72) x 60 = 18,3 kWh aux 100km. Mais grâce à la récupération d'énergie au freinage (la batterie charge quand la voiture freine), cette voiture électrique ne va en fait consommer qu'environ 15kWh aux 100km. Les nouvelles batterie LiFePO4 a recharge ultra-rapide permettront d'ailleurs d'améliorer cette récupération.

Le rendement énergétique « Plant-to-Wheel » (de l’entrée de raffinerie au roues):

Le rendement énergétique « Plant-to-Wheel » des véhicules à carburant conventionnels les plus performants (hors hybrides) est d’environ 14% pour l’essence et 18% pour le diesel. En effet: Le rendement énergétique « Plant-to-Tank » (de l’entrée de raffinerie au réservoir), qui prend en compte l’énergie consommée par le raffinage et le transport du carburant, est d’environ 80%. C'est-à-dire que le raffinage et la distribution d’un litre de carburant arrivé au réservoir du véhicule consomme l’équivalent énergétique d’un quart de litre de carburant.

Le rendement énergétique « Plant-to-Wheel » (de l’entrée de la centrale électrique aux roues) d’un véhicule électrique est d’environ 27% avec les batteries au lithium. En effet :

- Le rendement énergétique « Plant-to-Tank » (de l’entrée de la centrale électrique au à la prise électrique), prenant en compte l’énergie consommée par la production et la distribution d’électricité, est estimé à environ 37% :

* Le rendement énergétique de la production d’électricité est difficile à estimer, car il varie fortement en fonction du type de centrale : environ 30-40% pour les centrales thermiques conventionnelles, 50-55% pour les centrale à cycle combiné à gazéification intégrée, 55-65% pour les centrales à gaz à cycle combiné, jusqu’à environ 90% pour les cogénérations où toute la vapeur est réutilisée. Par ailleurs, toute comparaison est difficile pour les centrales n’utilisant pas des carburants fossiles (éoliennes, hydro-électriques, nucléaires…). Un chiffre d’environ 40% est cependant souvent considéré comme une moyenne utile pour ce type de calcul (...)

* Le rendement énergétique de la distribution d’électricité environ 92.5% (90 à 95%) pour la distribution d’électricité (...) [Commentaire: L'AIE retient 93% à l'échelle mondiale. A noter que si l'électricité est produite localement, à la maison, avec un panneau photovoltaïque, un concentrateur avec moteur Stirling, ou une micro-éolienne, ces pertes deviennent presque nulles ]

Le rendement énergétique « Plant-to-Tank » est donc estimé à environ 37%

(= 40% x 92.5%).

Sachant que le rendement « Tank-to-Wheel » est en moyenne de 72 % pour ceux au lithium, le rendement énergétique « Plant-to-Wheel » moyen des véhicules électriques est donc d’environ 27% (= 72% x 37%) avec batteries au lithium.

Source: European Association for Battery Electric Vehicules

A noter que dans cette démonstration, on considère que l'électricité est produite uniquement avec les énergies fossiles. Il convient de considèrer d'une part que le charbon, le pétrole, le "bio"éthanol et le "bio"diesel sont des produits de la photosynthèse et d'autre part que l'on peut produire l'électricité avec des panneaux photovoltaïques ou des centrales thermosolaires. En remontant vraiment à l'énergie vraiment primaire, c'est à dire au soleil, on arrive à cette conclusion:

Plus d'informations:

Comment collecter le plus efficacement l’énergie solaire ? En cultivant des plantes ? En installant un panneau photovoltaïque ?

Références:

> Commission européenne, Institute for Environment and Sustainability
Rapport «Well-to-Wheel analysis of future automobile fuels and

powertrains in the European context », de l'étude (JRC-EUCARCONCAWE)

http://ies.jrc.ec.europa.eu/WTW

> WWF (International):
Plugged In – The End of the Oil Age - "Based on the average power mixes of both the US and the EU, the data indicates that Battery Electric Vehicules perform dramatically better on CO2 emissions than conventional Internal Combustion Engine Vehicules, whether fuelled by diesel or gasoline." - Source (p. 89)

> GreenPeace-International:
"Les voitures électriques sont la meilleure voie pour réduire les émissions de C02 du secteur automobile" - Source (p.176)

> European Association for Battery Electric Vehicules (Europe):
http://www.going-electric.org/reports/CO2-energie-vehicules-electriques.pdf

> Instituto para la Diversificacion y Ahorro de la Energía, IDAE (Espagne) - Ici

> GarnaultReview.org, Australie

Battery Electric Vehicles (BEVs) - Submission to Garnaut Report - ici

> Tesla Motors (USA):
The 21st Century Electric Car
http://www.stanford.edu/group/greendorm/participate/cee124/TeslaReading.pdf

> Mitsubishi Motors (Japon)

Development of Next-Generation Electric Vehicle “i-MiEV”,

Kazunori HANDA et Hiroaki YOSHIDA

http://www.mitsubishi-motors.com/corporate/about_us/technology/review/e/pdf/2007/19e_12.pdf

http://www.mitsubishi-motors.com/corporate/about_us/technology/review/e/pdf/2008/20e_11.pdf

> BetterPlace (USA/Israël):
An Economic and Environmental Blueprint for the Future of Energy and transportation
http://www.betterplace.com/images/news/An_Economic_and_Environmental_Blueprint.pdf

> Michelin (France)
Active Wheel - Ici

> Renault (France)

Les voitures électriques : enjeux techniques et perspectives d’une nouvelle mobilité respectueuse de l’environnement
http://www.n2m-moveo.com/pdf/Presentation_renault.pdf

http://www.n2m-moveo.com/pdf/Presentation_renault.pdf

> Renault (France)
Véhicule pile à combustible = Véhicule électrique

Jerome PERRIN, Directeur des Projets Avancés « CO2 & Environnement »
http://www.cd2e.com/CD2EStatic/contenu/ecotechno/hydrogene/J_PERRIN_RENAULT.pdf

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NB - Au niveau CO2, dans l'hypothèse d'un mix électrique 100% charbon (aucun pays du monde n'a un tel mix électrique) :

- Combustion complète 1 litre diesel = émission d'environ 2620 gCO2 - 6 litres diesel aux 100km = 157 gCO2/km

- Charbon: 978gCO2/kWh. 978gCO2/kWh x 15 kWh/100km = 146gCO2/km

Transmission : + 7% = + 10g. Soit 156gCO2/km.

Il est bien entendu possible de faire le calcul avec un diesel qui consomme 5, 4 ou 3 litres aux 100km. On passa alors à un équivalent électrique qui consomme 12.5, 10.0 ou 7.5 kWh aux 100km. Les conclusions restent inchangées. Il est aussi possible de faire le calcul avec un super-diesel au super rendement dans de superbes conditions. Dans ce cas, il faut comparer à une super-voiture électrique avec un super rendement et dans d'excellentes conditions. Ici, il s'agit d'une comparaison avec des véhicules standards. Comparer deux véhicules non équivalents est un non sens. Et comparer deux véhicules dans des conditions d'utilisation différentes est également un non sens.

Maintenant, avec des hypothèses reposant sur le réel:

- Avec le mix électrique de la France (75gCO2/kWh): 75 gCO2/kWh x 15 kWh/100km = 11gCO2/km
(12gCO2/km en prenant en compte les pertes de transmision électrique; à noter que les pertes en transmission sont presque nulles si l'électricité est produite à la maison avec un panneau photovoltaïque ou une micro-éolienne) - Faire le choix du passage à la voiture électrique et d'abandonner au plus vite les voitures diesel relève du bon sens en France: le rapport est de 12 contre 157 ! Les personnes qui se sentent "écolo" en roulant au diesel se mettent vraiment une poutre dans l'oeil. Le diesel est d'ailleurs non renouvelable et le bilan écologique (eau douce, biodiversité, pollution chimique: engrais, pesticides etc.) du "bio"diesel est calamiteux.

Précisons qu'utiliser l'électricité verte produite localement (panneau PV par exemple) pour recharger sa batterie de voiture électrique est préfèrable à utiliser de l'électricité produite à plusieurs kilomètres car on évite ainsi les pertes de transmission électrique. Et, de même, il vaut mieux utiliser localement l'électricité de son panneau PV pour recharger la batterie de sa voiture électrique que d'injecter cette électricité sur le réseau, car en l'injectant sur le réseau, cela va conduire à des pertes en transmission. En utilisant l'électricité produite par son panneau PV pour recharger localement la batterie de sa voiture électrique, on obtient un bien meilleur bilan CO2 (on économise 157gCO2 par kilomètre) qu'en roulant en véhicule diesel (émission de 157gCO2 par km). En roulant en véhicule diesel, et en préférant injecter l' électricité du panneau PV dans le réseau (électricité qui sera utilisée par d'autres usagers pour d'autres usages: réfrigérateur, télévision, fer à repasser), on obtient un bilan CO2 bien moins bon. Pour faire 1 km en véhicule diesel, on émet 157g. Pour faire 1km en véhicule électrique équivalent alimenté en électricité 100% charbon, on émet 0,15kWh x 978gCO2/kWh = 147gCO2. + 7% pour les pertes en transmission: 157gCO2.
En injectant l'électricité de son panneau PV dans le réseau, on va perdre 7% de sa production, pertes qui son presques nulles si on utilise cette électricité localement pour recharger sa batterie.

Conclusion: même dans un pays théorique où 100% de l'électricité est charbon, il est préférable de rouler électrique que de rouler diesel pour des raison sanitaires et, de plus, il est préfèrable d'utiliser l'électricité de son panneau PV pour recharger la batterie de son véhicule électrique que d'injecter cette électricité dans le réseau. Et enore une fois,j aucun pays dans le monde n'a un mix 100% charbon...

- Avec le mix électrique chinois: 854gCO2/km. 854gCO2/kWh x 15 kWh/100km = 128 gCO2/km
En chine, passer à l'électrique relève aussi du bon sens ! Le rapport est de 128 contre 157, soit une différence de 22% !
(Sans oublier qu'utiliser un diesel en ville s'est accepter de balancer des émissions toxique à la figure des piétons...La pollution automobile tue plus que les accidents de la route)]

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