Filières électrique et thermique : rendements

Publié le par _Ulysse_

On entends souvent que les voitures électriques sont en fait polluantes.
En effet, même si elles n'émettent pas de pollution directement, elles en émettent indirectement
car il faut produire l'électricité. Mais sont-elles plus polluantes que les voitures thermiques?
Pour répondre à cette question, je vous propose de faire une estimation du rendement des deux filières
en partant de l'énergie primaire pour arriver à l'énergie mécanique. Puis, je ferais une estimation des émissions de C02
des deux filières (dans l'article à suivre) .


Filière électrique :

Nous prendrons comme base de nos calculs la B0 de Bolloré/Pininfarina (1).
Cette voiture utilise un bloc batterie litium métal polymère, un super-condensateur, une électronique de puissance,
un moteur électrique haut rendement et une transmission mais pas de boîte de vitesse.













L'énergie électrique emprunte donc le chemin suivant :

énergie primaire -> électricité -> distribution -> batterie -> supercondensateur -> électronique -> moteur -> transmission -> roues

Au cours de chaque opération, de l'énergie est perdue.
L'étape la plus subtile est la première, c'est la production de l'électricité.
Comme il existe plusieurs techniques de production d'électricité nous prendrons comme référence la structure
de la procution mondiale (2) à savoir :



A chaque source correspond un rendement de production. Pour les énergies renouvelables, ce rendement est considéré de 100% car l'électricité produite
a le statut d'énergie primaire. On a les rendements suivants :

Charbon : 37% (3)
Gaz : 30% (4)
Pétrole : Comme pour le charbon soit 37% (5)
Nucléaire : 33% (5)
Énergie hydraulique : 100%
Énergies renouvelables hors hydraulique : 100%

Nous en déduisons le rendement moyen de la production électrique dans le monde :

0,37*0,39 + 0,3*0,2 + 0,37*0,07 + 0,33*0,16 + 0,16 + 0,02 = 46,3%

Viennent les étapes suivantes :

Distribution : 97% (6)
Charge batterie : 85% (8)
Décharge batterie : 99,9% (7)
Charge supercondensateur : 95% (9)
Décharge supercondensateur : 95% (9)
Passage dans l'électronique : 99%
Moteur : 95% (10)
Transmission : 85% (Pas de boîte de vitesse)

Dans le cas de l'utilisation de moteurs-roues, le rendement global énergie primaire -> énergie finale est donc :

0,463*0,97*0,85*0,999*0,95*0,95*0,99*0,95 = 0,463*0,97 * 0,7207(rendement traction électrique) = 32,4%

Avec un moteur central, on a une transmission ce qui donne : 0,324 * 0,85 = 27,5%




Filière thermique :

L'énergie suit le chemin suivant :

Pétrole géologique -> pétrole brut -> carburant(raffinage + transport) -> moteur -> boîte de vitesse et transmission -> roues

La fabrication du carburant inclue l'extraction du pétrole son raffinage et sa distribution.
Pour extraire le pétrole, il faut de l'énergie que l'on exprime par rapport à l'énergie extraite sous forme de pétrole.
Ce coût varie énormément d'un gisement à l'autre de 2-3% pour les brut légers d'Arabie à 10 voir 25% pour les bitumes d'Amérique (11).
Nous considérerons un rendement moyen de 95% pour la production mondiale.
Pour le transport (13), 62% de celui-ci se fait par bateau. L'essentiel du coût de transport est lié à la consommation de fioul des bateaux.
Sachant que le coût du transport représente environ 5 à 10% d'un baril (13),
 on peut considérer qu' environ 5% du pétrole extrait est utilisé pour son transport, ce qui nous conduit à un rendement du transport d'environ 95%.
Si l'on ajoute l'étape finale de distribution (des raffineries vers les stations essence) le rendement des étapes de transport diminue encore.
Considérons que le rendement des deux étapes est de 90%.
L'étape de raffinage a un rendement moyen de 94% (12).
Les moteurs thermiques ont des rendements assez faibles, utilisés dans des conditions optimales, le rendement peut dépasser 40% pour
les meilleurs diesels. Dans des conditions réelles de trafic en ville les rendements sont de 10 à 15% (14), sur route ils sont de 30 à 40% (14).
Comme la large majorité des trajets sont en milieu urbain, le rendement moyen se rapproche plus de 10 à 15%. Nous prendrons 20% comme moyenne.
La transmission (cardan + différentiel + suspension) a un rendement de l'ordre de 85%. A cela doit s'ajouter l'embrayage et la boîte de vitesse ce qui réduit le rendement à environ 80%.
Nous avons donc pour l'ensemble de la filière :

0,95*0,9*0,94*0,2*0,8 = 12,85%

Dans ce calcul, nous ne sommes pas parti de l'énergie primaire (baril de brut) mais de "plus loin", c'est à dire du pétrole géologique. Pour comparer ce chiffre avec la filière électrique, il faut enlever les étapes d'extraction et de transport à la raffinerie ce qui donne :

0,95*0,94*0,2*0,8 = 14,3%

Nous voyons donc que la filière électrique est 2 à près de 3 fois moins gourmande en énergie que la filière thermique.
Dans un article qui fait suite à celui-ci, je transpose ce calcul à celui des émissions de C02 liées aux 2 filières.
Si vous avez des remarques à faire ou des erreurs à signaler, vous pouvez le faire dans les commentaires.



Références :

(1)B0

(2)Production électrique mondiale

(3)Rendement centrales thermiques charbon

(4)Rendement centrale à gaz

(5)Rendement des centrales Nucléaire et pétrole(fioul)

(6)Pertes réseaux électrique

(7)Rendement charge décharge des accus lithium

(8)Rendement chargeur

(9)Rendement charge/décharge des supercondensateurs

(10)Rendement moteurs électriques

(11)Rendement production pétrolière


(12)Rendement raffinage du pétrole brut

(13)Coût énergétique du transport des produits pétroliers

(14)Rendement des moteurs thermiques


Commenter cet article

_Ulysse_ 24/06/2009

Re bonjour!Dans l'article, j'ai utilisé une approche globale.Effectivement, une approche différenciée selon les pays permet de voir quelle est la meilleure solution.L'intérêt du tout électrique dépend principalement de la "qualité" de la production électrique et donc du lieu géographique.Effectivement, dans le cas d'un production principalement thermique et avec de mauvais rendements, l'hybride série doit mieux s'en sortir. Mais dans les 2 cas, la traction électrique reste plus intéressante qu'elle soit associée à une génératrice thermique ou non.Il me semble qu'il y a une étude du WWF assez détaillée, la voici : http://assets.panda.org/downloads/plugged_in_full_report___final.pdf

enthalpie 15/09/2009

il me semble que l'approche "globale" est assez compliquée et n'utilise pas les chiffres qui commencent a être admis, que l'on trouve à l'ademe ou autre sites écologiste.en admettant que le rendement global de chaine électrique est de 2.30 et que donc 1 Kwh EDF nécessite 2.3 KWH d'énergie primaire soit un ro de 043 quel est le RO d'une voiture essence ou Go pour 1Kwh  d'énergie primaire combien est utilisé pour "avancer"et combien avec un moteur électique qui adéjà un handicap de 0.43

Christophe Vieren 21/11/2009


Piji écrit "Pour le nucléaire, il faut savoir et faire savoir que les filières de surgénération (produisant plus de combustible qu'elles ne consomment) vont se développer avec d'autres options
techniques que celles envisagées jusqu'alors et abandonnées (encore que Phénix et Super Phénix ont été arretés pour des raisons politiques après deux ans de fonctionnement enfin avec des
disponibilités excellentes après quelques decennies de tatonnements, d'arrêts, d'aléas de toutes sortes). C'est pour cela qu'il n'est pas si exagéré de le considérer - à long terme - comme
pratiquement renouvelable."

OK. Mais si en France on admet (ce que je conteste) que c'est pour des raisons politiques que l'on a arrété SPX, pourquoi ne voit-on pas poindre cette technologie miracle qu' "il n'est pas
exagé de considérer - à long terme comme pratiquement renouvelable" ? Les Japonais, les Russes, les Américains, les Chinois, ... auraient-ils eux aussi des problèmes "politiques" avec leur
surgénérateur.

A force de compter sur d'hypothétiques technologies salvatrices, l'on  laissé passser un peu trop d'eau sous le pont. La dette écologique en attendant s'accroient, s'accroient, s'accroient. En
dehors d'une maitrise de la demande, il n'est point de technologie salvatrice, tout au plus des alibis permettant à nos politiques, avec l'assentiment de nombre de nos concitoyens, de ne pas
prendre de décision POLITIQUE qui ont peu à voir avec la technologie. Basons nous sur l'existant, et si en chemin des ruptures technologiques peuvent venir alléger la "facture", tant mieux.
L'action urge.

Comme disait un célèbre Albert : "on ne résoud pas un problème avec le mode de pensée qui l'a engendré".


Julien Langé 16/10/2010



Bonjour,


sur le fond de votre article, j'ai des doutes, mais n'ai pas la compétence pour discuter des calculs que vous faites. Mais c'est plausible, pourquoi pas. Par contre, ce qui est important de
signaler, c'est que le passage de tout le parc automobile français à la propulsion électrique ne contribuerait que de 20% à la réduction de nos émissions de gaz à effets de serre d'ici 2050,
alors qu'il faudrait (si l'on considère comme valable l'objectif du GIEC) que nous divisions par 2 nos émissions. Par contre, la voiture c'est aussi des consommations énergétiques et le plus
souvent fossiles pour : fabriquer les voitures, réaliser ou entretenir les routes faites de bitume, etc.


A discuter bien sur.


J'avais une petite question : j'ai créé récemment un blog sur le meme hébergeur, et j'essaie avec difficulté de faire évoluer l'esthétique du blog : le votre est bien, personnalisé, etc. Vous y
etes parvenu avec les fonctions de base, ou vous avez "acheté" l'option premium? Merci de vos réponses et de vos conseils à ce sujet, et merci pour vos calculs particulièrement intéressants


Julien



Ale 01/06/2012


Bonjour, 


Ne serait il pas interressant d'inclure l'energie utilisé pour créer les outils de récupération des énergies primaires, c'est à dire conception du barage, conception de l'éolienne, conception de
la centrale


De plus, il y aurait peut etre l'étape de fabrication des batteries à détailler davantage en incluant le transport des matières premières lors de la conception des batteries


J'attends avec interet vos remarques. 


merci pour cet article qui a le mérite d'être simple à appréhender


Bien cordialement, 


Alexandre