jeudi 31 janvier 2019

VE8 - Comparaison VE / VT autonomie


Le VE : Innovation pérenne ou rêve écologiste ?
« Dans un monde inondé d’informations sans pertinence, le pouvoir appartient à la clarté. »  Yuval Noah Harari



VE8 - Comparaison VE / VT autonomie


8.1. Tableau de comparaison

« Carburant »
Gazole
Batterie
Masse
50 kg
600 kg
Volume
60 litres
NS
Energie PCI / Electrique
610 KWh
60 KWh
Rendement moteur
37%
95%
Energie mécanique
226 KWh
57 KWh x 80%
Energie par 100 Kg
452 KWh
10 KWh
Consommation
5,5 litres/100 km
NS
Consommation énergie
25 KWh/100 KM
25 KWh/100 Km
Chauffage Climatis. Auxil.
Inclus
Exclus
« Etanchéité »
Pas de fuite
Autodécharge ?
Remplissage
3 minutes
30 min à 10 h
Durée de vie
Illimitée
1 500 cycles
Autonomie
900 Km
190 km
France départ Paris
95%
25%
Fréq. rempliss. urbain
Hebdo ou ½ mois
Quotidien
 
Détails sur VE :

Type de VE
Batterie typique
KWh/100 km
Autonomie Km
VE usage urbain
30 KWh
195

VE usage polyvalent
60 KWh
19,7
245
VE autoroute 130 km/h
60 KWh
25,1
190


8.2. Recharger ou non ?

Dilemme des longs trajets : Quelle vitesse de croisière adopter ?
  • Elevée, avec étape courte et recharge fréquente ?
  • Basse, pour réduire le temps perdu en recharge ?

L'étude a été faite sur la Renault Zoé munie d’une batterie de 20 Kwh, dont 16 sont réellement disponibles après recharge rapide. Les hypothèses retenues sont optimistes :
  • Stations de recharge nombreuses : ne pas raccourcir les étapes)
  • Bornes disponibles : ne pas rallonger les arrêts
  • Etape = 30 minutes recharge + 5 minutes = 35 minutes
  • Départ batterie chargée et arrivée batterie déchargée.


Résultat :



  • La vitesse moyenne est égale à la vitesse de croisière jusqu’à la première recharge, qui introduit un décrochement.
    • L’optimum pour un trajet long : une vitesse croisière de 100 km/h qui aboutit à une vitesse moyenne de 65 km/h
    • C’est la moitié d’un VT

Si batterie dépasse 25 KW, le temps de charge augmentera car les bornes sont souvent limitées à 50 KW, soit 25 KWh en 30 minutes. Les étapes seront plus longues, mais arrêts aussi…

Conclusion sur les autonomies
Les VE à batteries peuvent difficilement remplacer les VT dans les transports interurbains.

Conclusion cartésienne provisoire sur le VE

Les avantages du VE sont réels, mais limités :
  • Conduite silencieuse et apaisée
  • Pollution urbaine du VE quasiment nulle, mais non déterminante, car celle des VT :
    • a déjà été massivement réduite en Europe très en-dessous des seuils de toxicité.
    • Ses niveaux résiduels ne sont que minoritairement dus aux VT,
    • et elle se réduira encore par augmentation naturelle de la part des VT Euro 6 dans le parc circulant.
  • Le VE arrive après la victoire… au moins en Europe !
  • La réduction des émissions de CO2 par le VE n’est réelle que si l’électricité est fortement décarbonée, ce qui n’est vrai que dans un nombre très restreint de pays, dont la France, la Norvège, l’Islande…

Les inconvénients du VE bien connus :
  • Beaucoup plus cher à l’achat avant subventions
  • Autonomie insuffisante hors utilisation urbaine, aggravée par :
    • La rareté des bornes publiques de recharge
    • La durée des recharges, qui divise par 2 la vitesse autoroutière,
    • et l’utilisation des auxiliaires (chauffage, climatisation…)
  • Véhicules lourds, et peu performants aux vitesses élevées.

Il n’y a guère de raisons objectives de promouvoir le VE au détriment du VT par des dispositions fiscales et/ou réglementaires.

Mais il ne faut pas en conclure que le VE n’a pas d’avenir, car la balance précédente n’intègre ni de l’irrationalité de l’esprit humain, ni de la variété des croyances et des opinions sur lesquelles s’appuient, heureusement ou malheureusement, les démocraties, la politique et le marketing. Ces derniers  ont fabriquées, en général de bonne foi, au profit du VE :
  • Des distorsions de concurrence massives
  • Des distorsions d’image redoutables

qui sont l’objet du message suivant

VE7-Comparaison VE / VT Urbain


Le VE : Innovation pérenne ou rêve écologiste ?
« Dans un monde inondé d’informations sans pertinence, le pouvoir appartient à la clarté. »  Yuval Noah Harari



VE7 - Comparaison CO2 VE / VT urbain


7.1. Tableau de calcul du CO2 en usage urbain

Le tableau de calcul du CO2 en usage urbain ci-dessous présente 3 différences par rapport au précédent :
  • La masse du VE est ramenée de 1 800 à 1 500 kg (batterie moitié)
  • La gamme de vitesses de 10 à 70 Km/h (7 lignes par tableau) au lieu de 10 à 130 Km/h (13 lignes)
Les rendements des moteurs thermiques sont abaissés en raison de leur puissance très excédentaire par rapport à un besoin réduit.



Résultats et graphes




Conclusions en usage urbain
  • Courbes en pointillé : véhicules tirant toute leur énergie du carburant.
    • Le VT à essence est le meilleur jusqu’à 30 000 km
    • Le VT diesel est le meilleur de 30 000 km jusqu’à 60 000 km
    • Le VT hybride, pénalisé par sa TC de fabrication plus élevée (batterie, double motorisation), ne devient le meilleur qu’au-delà de 60 000 km 
  • Courbes en traits plein, relatives à un même VE selon l’origine de l’énergie électrique utilisée :
    • Française ou nucléaire ou renouvelable, le gain en CO2 est massif dès 40 000 km, et au-delà
    • Issue du charbon, le VE émet plus que n’importe quel VT
    • Issue des autres filières fossiles, 3 courbes proches), le VE est gagnant sur l’hybride :
    • gaz à cycle combiné : au-delà de  90 000 km
    • gaz (turbine) : au-delà de 110 000 km
    • Fioul (turbine à vapeur) au-delà de 200 000 km      
    • Issue du mix allemand, au-delà de 150 000 km.
  • La seule configuration qui réduit fortement les émissions de CO2 en usage urbain réunit :
    • Le VE
    • Et les seules filières décarbonées (92% du mix français)
  • Les autres nécessitent des kilométrages irréalistes en usage urbain. 

Il est donc clairement établi qu’en matière de CO2, le VE ne présente d’intérêt que si les recharges sont effectuées avec une énergie électrique décarbonée, et ce, même en usage urbain. Ceci n’est possible que dans un nombre très limité de pays.

mercredi 30 janvier 2019

VE6 Comparaison VE / VT polyvalent


Le VE : Innovation pérenne ou rêve écologiste ?
« Dans un monde inondé d’informations sans pertinence, le pouvoir appartient à la clarté. »  Yuval Noah Harari



VE6 - Comparaison VE / VT polyvalent


6.1. Configurations envisagées

La comparaison porte sur 4 véhicules typiques :
  • VT Essence de 1 300 kg (toutes les masse sont des « PTC »)
  • VT Diesel de 1 400 kg
  • VT Hybride à essence de 1 500 kg
  • VE Electrique de 1 800 kg, équipé d’une batterie de 60 KWh, chargé par de l’énergie électrique de 7 origines possibles :
    • Electrothermique au charbon
    • Electrothermique au fioul
    • Electrothermique au gaz conventionnel
    • Electrothermique au gaz à cycle combiné
    • Electronucléaire pure
    • Issue du mix moyen français de l’année 2017
    • Issue du mix moyen allemand
On aboutit donc à 10 configurations, dont 3 VT plus 1 VE rechargé selon 7 filières.


6.2. Hypothèses de modélisation adoptées

6.2.1. Energie mécanique requise aux 100 km : Nous y intégrons :
  • Travail de la force de roulement,
  • Travail de la force aérodynamique
  • Toute l’énergie cinétique créée pour les VT essence et diesel
  • Un tiers de cette énergie pour le VT hybride et le VE qui en récupèrent les deux tiers.
  • Aucune énergie potentielle
6.2.2. Rendement du « carburant » électrique


Ce rendement qui reste toujours bon prend en compte deux facteurs :
  • La batterie : toute l’énergie électrique y rentre et en sort avec un rendement estimé à 80%
  • Le moteur : son rendement baisse un peu quand le couple croît, mais ce dernier n’est pas toujours au maximum. On adopte 95%
  • Rendement global : 80% x 95% = 76%
6.2.3. Rendement du carburant thermique

La détermination du rendement qui est médiocre (principe de Carnot) est complexe. Nos hypothèses sont résumées ci-dessous :

Rendements moteur VT
Polyvalent
10 à 130 km/h
Urbain 10 à 70 km/h
Détermination
Diesel
34%
25%
Tableau ci-dessous
Essence
29%
22%
Coeff. diesel x 0,85
Hybride essence
37%
27%
Empirique

6.1.1.2.                       Calcul des énergies requises

Méthodologie :

Les paramètres déterminent les énergies, puis le « carburant » requis, mécanique ou électrique

 

Pour chaque masse, nous avons établi un tableau de 13 lignes, de V=10 Km/h à V=130 Km/h par incrément de 10 km/h. Quatre tableaux ont ainsi été établis pour 1300 Kg, 1400 Kg ci-dessous à titre de spécimen, 1500 Kg et 1800 Kg.


Les colonnes donnent les énergies mécaniques, rendements et énergie « carburant » requises par les véhicules :
  • VT D, VT E, et leur moyennes générales et urbaines
  • Rendements et rendements moyen général et urbain
  • Les moyennes pondérées sont calculées sur des plages de vitesse :
    • Polyvalent 10 à 130 Km/h
    • Urbain : 10 à 70 Km/h
  • Les deux colonnes de droite donnent les énergies en base 100 à 130 KM/h.
6.1.2.                  Tableau de calcul du CO2 en usage polyvalent

Les énergies requises aux niveaux « Carburant » et « Mécanique » étant ainsi déterminées, la méthodologie de calcul du CO2 émis figure ci-dessous. On notera que le rendement de Carnot, toujours mauvais, intervient dans les deux cas :

  • Au niveau du moteur thermique du VT 
  • Au niveau de la centrale électrothermique pour le VE
  • Sauf dans le cas de l’énergie électrique hydraulique, éolienne et PV qui ne passent pas par l’énergie thermique, mais qui sont très minoritaires.


Codes couleur :
  • Fond vert : Entrées
  • Chiffres noirs : VT
  • Chiffres bleus : VE
  • Lignes rouges : résultats intermédiaires essentiels
  • Deux dernières lignes en gras : résultat final en termes de CO2.
6.1.3. Résultats et graphes en usage polyvalent

Les consommation moyennes calculées selon ce tableau (7,2 l d’essence ou 5,5 l de gazole aux 100 km) sont largement supérieures aux consommations NEDC, mais elles seront reconnues par les utilisateurs comme étant conformes à l’utilisation réelle, ce qui valide les hypothèses adoptées.

Les émissions  de CO2 de chaque configuration résultant de ce tableau en fonction du kilométrage parcouru, figurent ci-dessous ;
o   en cumul (tonnes)
o   et par kilomètre (gr/Km





Les écarts considérables d’émissions des VT par rapport aux chiffres NEDEC qui sont autour de 110 gr/km, s’expliquent aisément par la prise en compte :
  • De la réalité des consommations, soit +40 gr/km, pour un total de 150 g/km
  • Des émissions amont, évaluée à 20% (selon VE4), soit 30 gr/km, aboutissant à 180 gr/km, asymptote des courbes pour les kilométrages élevés
  • De la TC de fabrication, fixe, donc inversement proportionnelle au kilométrage, et donc extrêmement élevée en début d’utilisation
Le dossier « CO2 Monde » des Echos du 4 décembre donne une moyenne de 259 gr/Km pour un VT essence, cohérente avec ce graphe


6.1.4.              Conclusions sur les TC en usage polyvalent

Courbes en pointillés : véhicules tirant toute leur énergie du carburant.
  • VT à essence, meilleur jusqu’à 40 000 km
  • VT diesel, meilleur  de 40 000 km à 90 000 km
  • VT hybride, pénalisé par sa TC de fabrication plus élevée (batterie, double motorisation), meilleur au-delà de  90 000 km
Courbes en traits pleins, relatives au même VE selon l’origine de son énergie électrique de recharge
  • Française ou nucléaire ou renouvelable, le gain en CO2 est massif au-delà de 45 000 km.
  • Issue du charbon, le VE émet deux fois plus que le VT.
  • Issue des autres filières fossiles, 3 courbes proches) : seule la mieux placée (gaz à cycle combiné) permet au VE de faire mieux que le VT :
    • A essence au-delà de 110 000 km,
    • Diesel au-delà de 150 000 km
    • Hybride à essence au-delà de  200 000 km.
  • Issue du mix allemand, le VE émet plus que le VT, même pour des kilométrages élevés !
Finalement, la seule configuration qui réduit significativement les émissions de CO2 est celle qui réunit :
  • Le VE
  • Et les seules filières renouvelables et nucléaire
6.1.5. Et si on changeait de point de vue ?

« Carburant » requis selon la vitesse, base 130 km/h

Revenons sur les 2 colonnes de droite du tableau des énergies requises de 6.1.1.2., qui donne les besoins en carburant du VE et du VT D, avec base 100% conventionnelle à 130 km/h.



Partant de 130 km/h (au sens du tableau en 6.1.1.2. ci-dessus, comportant de la création et du gaspillage d’énergie cinétique), le carburant requis par le VE :
  • Décroît avec la puissance mécanique requise grâce à un rendement maintenu, voire amélioré à faible vitesse et à la récupération des 2/3 de l’énergie cinétique
  • Grâce à un faible impact énergie cinétique à vitesse basse, dont les 2/3 sont récupérés.
Pour le VT, au contraire, le carburant requis :
  • Décroît d’abord avec la force aérodynamique, 
  • passe par un minimum vers 80 km/h, 
  • puis ré-augmente à plus du 100% en raison du mauvais rendement moteur thermique à puissance très réduite ajouté au plein impact du gaspillage de l’énergie cinétique.
Tous les utilisateurs de VT le savent fort bien : on consomme plus dans les embouteillages que sur autoroute !

Conclusion évidente : le VE est mieux adapté à la ville qu’à la route. Nous reprenons donc la présente comparaison VE vs. VT en usage urbain dans le message suivant.