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La voiture de demain sera-t-elle électrique?
 

La voiture de demain sera-t-elle électrique?

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La concentration atmosphérique de CO2 dépasse de plus de 30% la concentration maximum de ces 800,000 dernières années (homo erectus) et devrait tripler à 900ppm d'ici 2100 ...

La concentration atmosphérique de CO2 dépasse de plus de 30% la concentration maximum de ces 800,000 dernières années (homo erectus) et devrait tripler à 900ppm d'ici 2100

Fin du pétrole d'ici 50 ans

Les véhicules électriques à prolongateur d'autonomie (50km) peuvent rouler 80% de leur temps en électrique et se charger sur l'infrastructure électrique existante

La demande de pétrole pour les voitures pourrait être réduite de 80%

Le pétrole ne serait alors plus une ressource critique

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  • We are on the same page! Did you have a chance to go through my other presentation 'Why Light is Right?'?

    http://fr.slideshare.net/NicolasMeilhan/why-the-car-of-the-future-only-weights-500-kg
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  • If an usual electric vehicle has limited performances and can be accepted by client, why we can not manufacture and sell a Micro Hybrid Vehicle with limited performances, avoiding range anxiety, being cheaper and more friendly with the environment ? I think this will be also accepted by clients

    Let’s define the Micro Hybrid Vehicle specification with limited performances.

    Vehicle performances:
    1.Maximum speed - 140 km/h.
    2.Acceleration - 11 - 14 s to 100 km/h.
    3.Four persons and 50 kg charge.
    4.Climbing constant speed - 90 km/h in highway at 7% slope with four persons and 50 kg charge.
    5.Cx = 0.3
    6.S=2 m²
    6.Four stars at Euroncap (because of weight issue).
    7.Vehicle weight (no charge): 750 – 800 kg.
    8. Fuel type can be: gasoline, Diesel fuel, biofuel, LPG, CNG or hydrogen.

    Powertrain type:
    1. Electric Micro Hybrid: This technology has a starter-generator system coupled to a conventional engine. An electric motor provides stop-start operation of the engine, plus regenerative braking to charge the single battery. Compared to conventional vehicles, returns fuel savings of up to 10% in city driving.
    2. Mechanical Micro Hybrid: the transmission or the engine is coupled with a small flywheel which provides stop-start operation and regenerative braking. Compared to conventional vehicles, returns fuel savings of up to 18% in city driving and improve accelerations.
    3. Pneumatic Micro Hybrid: The engine is transformed in a compressor during braking, charging an air tank (regenerative braking). The compressed air is used later (in acceleration) to supercharge the engine. Can provide also stop-start operation. Compared to conventional vehicles, returns fuel savings of up to 20% in city driving and improve accelerations.

    Engine type: Opposed Piston Engine four-stroke or two-stroke which can be fully balanced even with a single cylinder (and two pistons) – see www.hybrid-engine-hope.com . This has high effective efficiency of around 50% (because of the extended expansion stroke and the missing of the cylinder head) and big power density (some of them offer 2.5 kW/kg). The Variable Compression Ratio adapted at this engine is cheap, reliable and increase the range of the optimum efficiency. Necessary power around 37 kW (50 hp). The downsized engine capacity between 0.2 – 0.5 l with one cylinder (and two pistons). Engine weight: 15 – 30 kg. Specific fuel consumption around 170 – 200 g/kWh.
    Transmission type: 5 or 6 speed gearbox simple or dual clutch automatic. Gear box weight 15-20 kg.
    Which will be the fuel consumption in this case? Around 2 l /100 km or less and can be obtained now.
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    La voiture de demain sera-t-elle électrique? La voiture de demain sera-t-elle électrique? Presentation Transcript

    • La voiture de demain sera-t-elle électrique? Nicolas Meilhan Ingénieur Conseil, Frost & Sullivan Décembre 2013
    • 2 3 défis majeurs sont à prendre en compte afin de développer la voiture du futur: les changements climatiques, l’épuisement des énergies fossiles ainsi que la pollution atmosphérique Performance • Efficacité / Sobriété • Accélération • Vitesse de pointe • Émissions de CO2 • Pollution atmo. Changements Climatiques • La température a augmenté de 1° C depuis le début de l’ère industrielle • Une augmentation de 2° C associée à des conséquences dramatiques prévue d’ici à 2100 si aucune mesure n’est prise Épuisement des énergies fossiles • 97% des transports routiers utilisent des combustibles fossiles • Le pétrole, principal moteur de notre économie, pourrait disparaître d'ici la fin du siècle Pollution atmosphérique • Avec l'exode rural et le développement des mégalopoles, la pollution atmosphérique a atteint des niveaux sans précédent • Multiplication des maladies graves liées aux particules (PM) et aux oxydes d’azotes (NOx) DéfisContraintes Conditions nécessaires au développement de masse de la voiture du futur:  Même performance, même autonomie et même coût que les voitures thermiques Coûts • Coût de possession • Achat • Recharge • Entretien Autonomie • Autonomie entre 2 recharges • Temps de recharge • Poids du stockage d’énergie Infrastructure • Investissements nécessaires pour améliorer les infrastructures existantes et/ou en construire de nouvelles • Normes internationales communes Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts
    • 3 Les véhicules électriques n’ont jamais réussi à combler leur retard jusqu’à présent car le pétrole a la densité énergétique la plus élevée de tous les vecteurs énergétiques, que ce soit au niveau massique ou volumique Source : P.R. Bauquis - Densité des vecteurs énergétiques utilisés dans le transport - Les hydrocarbures liquides ont une densité énergétique massique 100 fois plus élevée que les batteries  1kg d’essence contient autant d’énergie que 100 kg de batteries
    • 4 Quelle que soit l’origine du réchauffement climatique, une augmentation de la température de 5°C d'ici 2100 (pire des scénarios) aurait des conséquences dramatiques Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts Sources: Global change.gov - Concentration de CO2 depuis 800,000 ans- •La concentration atmosphérique de CO2 dépasse de plus de 30% la concentration maximum de ces 800,000 dernières années (homo erectus) •Cette concentration devrait atteindre de 550 à 900 ppm en 2100 – de 85% à 200% plus élevé que la concentration maximum depuis que l’homme existe - Prévision des températures jusqu’à 2100-
    • 5 La principale question n’est pas de savoir si nous aurons encore du pétrole en 2100 mais pendant combien de temps il sera encore économiquement accessible pour notre économie et nos voitures Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts Productionenmilliardsdebarils depétroleparan Evolution de la production d’hydrocarbures liquides - 1870 à 2100 - « Ce n’est pas la taille du réservoir qui compte, c’est la taille du robinet » Jean-Marie Bourdaire Source: Manicore , Jean-Marc Jancovici
    • 6 0 20 40 60 80 100 60 70 80 90 100 110 Le développement des véhicules électriques en zone urbaine permet une réduction significative de la pollution atmosphérique, les émissions de particules et de NOx étant particulièrement nocives Émissions de particules (PM) à Paris 9 juin 2004, 10h, index atmo « Mauvais 7 » 14 juin 2004, 10h, index atmo « Bon 3 » PM10 = 20 µg/m3 PM10 = 80 µg/m3 Émissions de NOx & de CO2 des moteurs essence et diesel Diesel Gasoline NOxemissions CO2 emissions Diesel 2005 Downsized Diesel +DPF DPF + NOx trap HCCI+DPF DPF+SCR D Hybrid SI Hybrid PFI 2005 PFI adv + VVT DISI CAI DISI NOx trap DISI turbo 19000 personnes meurent chaque année en Europe des particules émises par les voitures diesels Source: Frost & Sullivan analysis, IFP Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts
    • 7 Les véhicules électriques à prolongateur d’autonomie offrent actuellement le meilleur compromis entre la consommation de carburant et les émissions de CO2 du puit à la roue - Consommation et émissions de CO2 du puit à la roue pour les voitures en 2035 - Source: More Sustainable transportation: The Role of Energy Efficient Vehicle Technologies, Sloan Automotive Laboratory (MIT), April 2008 Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts Émissions de gaz à effet de serre du puit à la roue (gCO2/km) Consommation de carburant (1/100km) Véhicule électrique à prolongateur d’autonomie 50 km
    • 8 Le mix de production d’électricité a un impact considérable sur les émissions de CO2 des véhicules électriques - Émissions de CO2 du puit à la roue d’un véhicule tout électrique - •Les États-Unis, l’Allemagne et la Chine utilisent surtout le charbon pour produire de l’électricité avec respectivement 40%, 45% et 80% de leur production électrique •Le nucléaire et les énergies renouvelables (y compris l'hydroélectricité) sont les seules alternatives pour produire de l'électricité sans émettre de CO2 Intensité d’émission gCO2/kWh g/km Éolien 5.5 0.9 Hydro-électrique 18 2.9 Nucléaire 60 9.6 Gaz naturel à Cycles Combiné 461 74 Gaz naturel 653 104 Charbon 1075 172 - Intensité d’émission de CO2 (gCO2/kWh) - % d’électricité sans CO2 Intensité d’émission (gCO2 / kWh) Émissions du puit à la roue d’un véhicule électrique * (g/km) France 90% 75 20 Canada 59% 267 43 Californie 44% 470 75 Etats-Unis 31% 710 114 Chine 20% 950 160 Source: Rouler sans pétrole, Pierre Langlois, 2008 * Équivalent à un véhicule thermique consommant = 9l/100 km => 244g/km Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts
    • 9 Le véhicule électrique à prolongateur d’autonomie est la seule technologie alternative en mesure de concurrencer aujourd’hui à grande échelle les véhicules thermiques Sources: Analyse s Frost & Sullivan Autonomie Infrastructures nécessaires +- Distance Temps de charge Poids du stockage d’énergie Véhicule thermique 600 km 5 min Existante45 kg Véhicule électrique à prolongateur d’autonomie 600 km (20 à 60 km en mode électrique) Existante2-3 hours 50 to 90 kg Véhicule électrique 60 à 250 km en mode électrique 4-8 hours 90 to 250 kg Véhicule à pile à combustible 600 km 5 min 90 to 100 kg Performance Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts A développer A développer
    • 10 Le VE à prolongateur d’autonomie serait compétitif dès 2015 par rapport aux véhicules thermiques avec un retour sur investissement inférieur à 4 ans pour de l’essence à 2,5 €/l sans subvention de l’Etat - Coût total de possession d’un véhicule thermique à essence et d’un VE à prolongateur d’autonomie - * Prospects for Plug-in Hybrid Electric Vehicles in the United States and Japan: A General Equilibrium Analysis MIT, 2009 ** 80% des français conduisent moins de 50 km par jour - Sensibilité de la durée de retour sur investissement au prix de l’essence et aux aides de l’État - Coût de possession d'une voiture de Segment C Thermique essence Véhicule électrique (50 km) à prolongateur d’autonomie Coût d'achat (€) 14800 € (20000$) +7400 € (+10000 $*) Autonomie tout électrique 0 km 50 km Consommation instantanée d’essence & d’électricité 7 l/100km 1.4 l/100km ** & 15 kWh/100km Consommation annuelle d'énergie (14000 km) 980 l 196 l & 1,68 MWh Coût annuel d'utilisation (1,75 €/l & 100 €/MWh) 1715 € 343 € + 168 € = 511 € Coût annuel d'utilisation (2 €/l & 100 €/MWh) 1960 € 392 € + 168 € = 560 € Coût annuel d'utilisation (2,5 €/l & 100 €/MWh) 2450 € 490 € + 168 € = 658 € Prix du litre d’essence 1,75 € 2 € 2.5 € Surcoût par an lié à l'utilisation de la voiture thermique 1204 € 1400 € 1882 € Durée de retour sur investissement sans aide 6.1 années 5.3 années 3.9 années Durée de retour sur investissement - aide de 2000€ 4,5 années 3,9 années 2.9 années Durée de retour sur investissement - aide de 4000€ 2.8 années 2,4 années 1.8 années Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts
    • 11 0 5 Emissions de CO2 du puit à la roue Autonomie Infrastructure existanteEfficacité énergétique Coûts 0 5 Emissions de CO2 du puit à la roue Autonomie Infrastructure existanteEfficacité énergétique Coûts 0 5 Emissions de CO2 du puit à la roue Autonomie Infrastructure existanteEfficacité énergétique Coûts Véhicule thermique Véhicule électrique Véhicule électrique à prolongateur d’autonomie Véhicule à pile à combustible Le véhicule électrique à prolongateur d’autonomie est la seule alternative en mesure de remplacer à grande échelle les véhicules thermiques d’ici à 2050 Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts 0 5 Emissions de CO2 du puit à la roue Autonomie Infrastructure existanteEfficacité énergétique Coûts Sources: Analyse s Frost & Sullivan
    • 12 L’électrification des véhicules se fera progressivement pour devenir à terme 100% électriques, l’autonomie tout électrique des VE à prolongateur d’autonomie augmentant avec la réduction des coûts des batteries • Les véhicules thermiques représenteront toujours la majorité des ventes ces 20 prochaines années avant une inversion du mix en 2030 • La pile à combustible a peu de chance de se retrouver dans un véhicule avant 2020 sauf pour des applications de prolongateur d’autonomie ou d’alimentation d’auxiliaires • Le véhicule électrique qui n'émet ni CO2, ni polluants, est encore trop cher pour une autonomie limitée, et nécessite des investissements significatifs dans le développement d’une infrastructure ainsi que la mise en place de normes: sa pénétration sera limitée à 10% du mix avant 2035  Les flottes d’entreprise, l’auto partage ainsi que les bus/tramway représentent cependant des niches de marchés attractives pour les véhicules tout électrique ou à pile à combustible • Le VE à prolongateur d’autonomie (hybride rechargeable) représente le meilleur compromis ces 20 prochaines années avec à la fois les avantages de la voiture thermique – autonomie, infrastructure existante, coût comparable – et de la voiture tout électrique – sobriété énergétique, émissions de CO2 et une pollution atmosphérique limitées - Ventes annuelles de véhicules tout électrique et d’hybrides rechargeables - - Ventes annuelles de véhicules légers par type de moteur - Source: EIA 2011 Pile à combustible Tout électrique Hybrides rechargeables Hybride parallèle Diesel Essence GNV / GPL
    • 13 Nicolas Meilhan Consultant Principal Energie & Transport (+33) 1 42 81 23 24 nicolas .meilhan@frost.com