Essence contre voitures électriques: Consommation d'énergie et coût – Eco Mobilité

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«Si les voitures électriques devenaient omniprésentes, l'électricité serait taxée pour générer ces revenus. Le coût de l’électricité serait également plus élevé si environ 95% de l’électricité américaine n’était pas générée par les méthodes les moins coûteuses – combustion de combustibles fossiles, hydroélectricité et réactions nucléaires. Si cela venait du vent et du solaire, cela coûterait trois à huit fois plus cher: un centime par km avec le vent, un quart par km avec le solaire. ”

De nombreuses variables déterminent l’économie relative d’un véhicule économique alimenté par le pétrole (Honda Civic) et d’un véhicule électrique (Nissan Leaf).

Bien que la Civic ait eu un léger avantage l’an dernier avec l’essence à 3,50 dollars le gallon, l’avantage des véhicules classiques a bondi avec la baisse des prix à la pompe. En outre, si l’électricité de transport était taxée au niveau de l’essence et du diesel, l’écart économique se creuserait. Cet inconvénient de l’électricité s’élargirait davantage dans la mesure où le réseau est alimenté par l’énergie éolienne et solaire. L'analyse suit.

Distance de conduite

Commençons la comparaison en examinant la distance parcourue «avec la batterie ou le réservoir plein». Comme avec tous les véhicules, cette distance est influencée par les compétences du conducteur, mais dans le cas des voitures électriques, il existe également une dépendance à la température ambiante; cela affecte beaucoup plus leur autonomie que les voitures équipées de moteurs à combustion interne. La Society of Automotive Engineers (SAE) a publié l'autonomie moyenne des modèles Nissan Leaf par rapport à la température; le graphique est redessiné ci-dessous. [1]

Il illustre la variabilité souvent négligée dans l’évaluation de la plage de batteries réalisable, par exemple, Texas vs Wisconsin. Les autres conditions étant égales, la diminution de la température ambiante peut à elle seule réduire la portée de quelque 45 km des 122 meilleurs kilomètres. Déjà au début de ce traité, nous pouvons voir que les comparaisons seront délicates.

L’Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis a déterminé dans ses tests que la moyenne des Nissan Leaf consommait 19 kWh / 100 km, ce qui correspond à 0,68 mégajjoules par kilomètre (MJ / km). C'est le record moyen de plusieurs conducteurs. Mais il n'est pas clair si ce nombre inclut également des effets connexes, tels que l'autodécharge automatique de la batterie lorsqu'elle n'est pas utilisée, le chauffage de l'habitacle par temps froid et l'influence de la vitesse de chargement sur l'efficacité de la charge. .

Cette perte s'élève à 5% en charge lente et jusqu'à 40% en charge rapide. La consommation électrique de la voiture doit correspondre au flux électrique de la prise murale au chargeur, et non pas uniquement de la batterie au moteur et aux auxiliaires. Nous supposons arbitrairement une pénalité de 20% pour ces trois pertes, qui passe ensuite à 0,85 MJ / km. Lorsque l'on considère l'efficacité de 33% de la production d'électricité à partir de combustibles fossiles, ce nombre passe à 2,5 MJ / km.

Ma Honda Civic, une voiture plus grosse que la Leaf et non conçue pour le frottement extrêmement faible des voitures électriques et hybrides, reçoit 39 ml / gal, soit 2,0 MJ / km. Les raffineries et la distribution d’essence consomment environ 15% de l’énergie contenue dans les combustibles fossiles, ce qui porte ce chiffre à 2,3 MJ / km. Mais comme je conduisais à la manière d’un «conducteur qui n’a pas besoin de freins», j’ai cherché les numéros annoncés par le concessionnaire et trouvé 36 mpg. Ce kilométrage porte le nombre à 2,5 MJ / km.

Par coïncidence, ces chiffres définitifs pour les deux voitures sont exactement les mêmes. Leur proximité confirme l'évidence: si l'énergie utilisée pour alimenter l'une ou l'autre voiture est basée sur des combustibles fossiles, l'énergie consommée à la distance ne différera pas beaucoup.

La Leaf est plus lourde que la Civic, principalement à cause de la batterie. La différence équivaut à transporter quatre hommes husky supplémentaires (400 kg) par rapport au 1/2 réservoir d'essence moyen (19 kg) de la Civic. Les mesures effectuées par SAE, présentées ci-dessous, montrent l'augmentation en pourcentage de la consommation d'énergie due au poids accru des véhicules routiers.

La source: Ingénierie automobile, Numéro de mai 2005, p. 87.

Après avoir comparé la consommation d’énergie, voyons combien une unité d’énergie est coûteuse en électricité par rapport à une unité en essence. C’est encore plus difficile car le coût de l’énergie électrique varie énormément d’une région à l’autre, bien plus que le prix de l’essence, ce qui rend la généralisation inutile si elle n’est pas accompagnée d’une liste des contraintes.

En ce qui concerne ma région, le nord-est des États-Unis, le tarif résidentiel est de 0,10 USD / kWh pour la production et identique pour la livraison, soit 0,20 USD / kWh total. Ainsi, l’électricité coûte 0,055 USD / MJ. Le coût par distance sur la route est alors de 0,055 x 0,85 = 0,047 $ / km. (Certains analystes prennent en compte le kWh généré plutôt que la totalité de la facture, manquant ainsi la moitié du coût.)

Passons maintenant à la Civic: à un prix de l’essence de 3,50 $ / gallon (10% d’alcool), générant un «kilométrage revendeur» de 0,05 $ / km.

Notre conclusion à ce jour: le «kilométrage» des deux voitures est à peu près le même. Si toutefois les prix de l'essence devaient rester bas, comme cela semble être de plus en plus le cas, la Civic sera proportionnellement moins chère à exploiter. Un prix de 1,75 USD / gallon signifie deux fois plus de déplacements par unité d’énergie que le Leaf.

De nombreux articles peuvent modifier la comparaison de prix. Comme nous l’avons dit, l’évolution des prix dépend de l’heure et du lieu, mais elle fluctue davantage avec l’essence que l’électricité. Dans le prix de l'essence, environ 30% du coût va aux taxes fédérale, d'État et autres, alors que ce pourcentage est proche de zéro pour l'électricité.

Si les voitures électriques devenaient omniprésentes, l'électricité serait taxée pour générer ce revenu. Le coût de l’électricité serait également plus élevé si environ 95% de l’électricité américaine n’était pas générée par les méthodes les moins coûteuses – combustion de combustibles fossiles, hydroélectricité et réactions nucléaires. Si elle venait du vent et du solaire, cela coûterait trois à huit fois plus cher: un centime par km avec le vent, un quart par km avec le solaire.

Pour terminer la comparaison des coûts, le prix du concessionnaire pour la feuille est 20% plus élevé que pour la Civic, des modèles similaires, avant les subventions.

Après toutes ces informations, il appartient au lecteur de décider quelle voiture est la meilleure dans ses circonstances, y compris celles qui peuvent changer avec le temps. Aucune ligne directrice généralement applicable n'existe. L'auteur espère que cela ressort clairement de ce qui précède.

Quant au CO2 émissions, une pièce récente dans L'économiste (20 décembre 2014), «Plus propre que quoi?», Conclut (italiques ajoutés):

Dans l’ensemble, les recherches montrent que les voitures électriques sont plus propres que celles utilisant des moteurs à combustion interne. seulement si le courant utilisé pour les charger est également propre. Ce n'est guère une surprise, mais l'ampleur de la différence est. Le statut des voitures électriques vertes dépendra donc principalement de l'endroit où elles sont conduites. En France, où plus de la moitié de son énergie provient de centrales nucléaires, cela semble être un bon pari. En Chine, qui adore les voitures électriques, mais produit environ 80% de son électricité à partir de charbon, un peu moins.

Les émissions provenant de la fabrication de voitures électriques doivent également prendre en compte les batteries fabriquées à partir de matériaux tels que le lithium, le cuivre et le silicium raffiné, qui nécessitent beaucoup d’énergie pour être traitées.

Les voitures électriques devraient avoir besoin d'une batterie de remplacement. Une fois que les émissions provenant de la production de la deuxième batterie sont ajoutées, la quantité totale de CO2 de produire une voiture électrique se lève. L'élimination double également les émissions en raison de l'énergie consommée lors de la récupération et du recyclage des métaux dans la batterie.

Demande d'électricité du réseau

En tant que problème secondaire lié à l'électrification des États-Unis, il peut être intéressant de noter que si toutes les voitures (200 millions d'entre elles) étaient des Leafs électriques et conduites comme aujourd'hui à l'heure actuelle, leur charge représenterait environ 80 milliards de watts. basé sur le nombre précédent de MJ / km. Bien sûr, tout le monde ne sera pas satisfait de conduire une petite voiture, de sorte que la consommation globale sera plus élevée, disons 100 GW.

Pour mettre ce chiffre en perspective, la consommation d'électricité actuelle de l'ensemble du pays s'élève à 450 GW. [[[[2] Cette puissance alimente tout, des grille-pain aux climatiseurs en passant par les usines, les hôpitaux et les villes. L'ajout prochain de cette nouvelle capacité de production et de réseau est une source de préoccupation compte tenu du fait que le niveau actuel a été développé depuis l'époque d'Edison.

Notez également que ce besoin en électricité supplémentaire n'inclut pas les autres véhicules routiers tels que les fourgonnettes, les bus et les camions, et qu'il suppose que la charge soit répartie sur 24 heures sur 24 en effectuant des trajets pour les navetteurs, toutes se branchant après les heures de pointe.

En ce qui concerne l’hypothèse selon laquelle les énergies renouvelables deviennent la source d’énergie prédominante, considérons que la quantité d’électricité produite par les énergies éolienne, solaire et géothermique n’atteint que 22 GW après 40 ans de construction subventionnée de ces trois sources (les centrales hydroélectriques et le bois existent depuis plus longtemps). stagnant ou en déclin; les autres énergies renouvelables ne fournissent que des montants non significatifs).

Conclusion

Les voitures électriques ne permettent actuellement aucune économie d'énergie, d'argent ou d'émissions. L'approvisionnement en électricité à partir d'énergies renouvelables ne peut couvrir qu'une partie insignifiante des véhicules routiers. Les valeurs numériques dans cet article permettent des mises à jour faciles lorsque les conditions changent à l'avenir.

Une note personnelle

En écrivant cela, je n’avais pas l’intention de promouvoir ou de condamner les voitures électriques. Personnellement, je pensais que les véhicules électriques, dans les villes pour les livraisons, les navettes aéroportuaires, etc., libéreraient généralement ces endroits du bruit incessant et de la pollution atmosphérique générés par les véhicules à essence et diesel.

J'ai fondé ces réflexions sur la conviction que l'électricité nucléaire «verte» aurait été abondante et bon marché aujourd'hui. Nous l’avions disponible aux États-Unis depuis les années 1950.

Au lieu de cela, nous brûlons des hydrocarbures précieux qui sont nécessaires là où aucune alternative n’existe, comme dans la fabrication de médicaments, de plastiques et d’aciers. J'ai conduit des véhicules de livraison électriques dans des emplois d'été et ai été impliqué dans la production de véhicules non polluants tels que la batterie ou les voitures électriques à piles à combustible et les voitures à vapeur pendant des décennies. Cette recherche était axée sur les voitures de tourisme ordinaires plutôt que sur les véhicules de transport de courte distance susmentionnés.

Fait intéressant, ces projets peu judicieux ont été financés par des subventions gouvernementales. Aujourd'hui, des millions de personnes attendent toujours quotidiennement dans les terminaux des aéroports et vivent dans les centres-villes, dans un environnement où la pollution sonore et atmosphérique est inutile. À cet égard, la voiture Tesla est un exemple de fonds détournés car elle ne peut atténuer de manière mesurable les problèmes de nuisance du trafic.

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[1] Ingénierie automobile7 octobre 2014, p. 12

[2] Toutes les références à la consommation / production d'énergie proviennent des statistiques du département. De l'énergie, Energy Information Administration, Bilan énergétique annuel (eia.doe.gov). Les données sur l’électricité proviennent spécifiquement des tableaux 7.2.

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Stan Jakuba est un spécialiste des sources d'énergie alternatives et de la technologie des moteurs depuis sa carrière dans la fabrication et la recherche. Récemment retraité, il enseigne et consulte au Connecticut.

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