Conf. partie 2

La gestion de l’énergie dans les
transports terrestres
Jean-Paul HERMANN
Secrétaire exécutif à la Recherche
L’énergie est :
un enjeu politique
un enjeu économique
un enjeu sociétal
un enjeu environnemental
un problème de physique
L’inéluctable épuisement des réserves pétrolières
Source : C. CAMPBELL - J. LAHERRERE
Pour la Science Mai 1998
L ’opinion publique
européenne s ’inquiète de plus
en plus des changements
climatiques.
Elle considère le CO2 comme
une cause première.
Gaz à effet de serre (hors H20)
NOx
7%
Nord de la France Mai 2001
Méthane
15%
CFC's
17%
Autres
6%
CO2
55%
Le transport comme source de CO2 en Europe
Autres transports
4%
Transport routier
22%
Domestique et commercial
21%
Industrie
17%
Production d’électicité +
chauffage
Energie 5%
31%
Source : Eurostat/ACEA
Des contraintes et pléthore de solutions possibles
laquelle est la bonne ?
Le défi des émissions de CO2
300
Reference : 1995
CO2 (g/km)
250
200
150
260
100
191
186
140
50
0
US
Japon
Europe
Cible
ACEA
Parc automobile en proportion du revenu
de 1970 à 1996, par pays
1000
Véhicules / 1000 personnes
100
10
Korea
1
0,1
100
1000
10 000
PIB par habitant ( US$ 1995)
100 000
Pollution
• Evolution des normes :
ESSENCE
• Complexité et coût des futurs systèmes :
pot catalytique, filtre à particules, Nox-Trap ...
DIESEL
Les voies d’amélioration
Véhicule
Hybride
Emissions CO2
Pollution
batterie
Evolutions
Véhicule
Pile à Combustible
Prototype de véhicule hybride Scénic
Emissions de CO2 du puits à la roue
Energies actuelles et alternatives
Ethanol
Supercarburant
ETBE
GPL
EMHV (diester®)
Gazole
SUNFUEL*
Synfuel
(gazole Fischer-Tropsch)
PAC / H2 liq.
PAC / H2 comp.
Production
PAC / H2 Elec.Fr
Sources :
0
50
A. Douaud, IFP
*Goudriaan/GEMIS/Ifeu/LBST
100
150
200
CO2 g/km
Combustion
250
Photosynthèse
300
350
Groupes moto-propulseurs
Gain
CO2
(%) 30
GAIN CO 2sur CYCLE NMVEG
VCR compression variable
(1550 -2000F)
GNV moteur dédié
(3 à 5 kF)
DME (< 500 F)
25
20
STIRLING
(coût non documenté)
15
GNV bicarburation
(10 à 20 kF)
10
ATAC allumage par gaz résiduels
(coût non documenté)
5
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Date d ’application
-5
Les moyens de transport = un problème complexe
Complexité des fonctions automobiles
Architecture
Esthétique
Motricité
Coût fabrication, usage, réparation
Habitabilité
- confort
Freinage
Source d’énergie
Performances
Consommation
Pollution
Aérodynamique
Ergonomie
Comportement
Sécurité
active passive
Thermique
Chauffage climatisation
Eclairage
Acoustique
ENJEUX DES VEHICULES
URBAINS A PROPULSION
ELECTRIQUE
• Supprimer les lignes d’alimentations aériennes
(pollution visuelle en centre urbain)
• Accroître la récupération d’énergie et le rendement
système ( énergie freinage)
• Mettre en place la gestion de l’énergie embarquée.
SOLUTIONS EXPLOREES
• Alimentation enterrée
–
–
–
–
Solution originale mais …………..
Système complexe
Impact infrastructure urbaine
Pas de modification en terme de rendement énergétique
• Stockage de l’énergie en Sous-Station
– L’énergie de freinage des véhicules est stockée et un lissage de la
consommation est réalisée
– Super-capacité où volant d’inertie -Londres(S) & Cologne (mixte)
• Véhicules autonomes - « Préférence »
– Recharge en station d’un organe de stockage d’énergie embarquée sur
véhicule ( super-capacité, batterie, volant d’inertie)
– Stockage d’énergie sous forme chimique et production d’énergie
électrique à bord « Préférence »
DEMANDE CLIENT: DES VEHICULES
AUTONOMES ou AUTONOMISABLES
• Problématique :
–
–
–
–
Sauvegarder le nombre de passagers transportés
Charge à l’essieu, et gabarit normés
Exploitation performante (vitesse, disponibilité, sécurité)
Apporter un avantage différenciant en coût global de
possession
• L’approche SYSTEME devient indispensable et le
management de l’énergie mis en œuvre nécessite une
importante optimisation
APPROCHE SYSTEME
‘ STANDARD ’
Fuel Cell
DC/DC
Inverter
Battery
DC/DC
Inverter
Auxiliaries
Supervisor
Motor
Inverter
Diesel
Engine
Alternator
Inverter
Inverter
Motor
High Power
DC/DC
Inverter
Brakings
ystem
CAN bus
Braking
resistor
LA GESTION ENERGETIQUE
STOCKAGE ENERGETIQUE
Une solution nouvelle inventée en 1815 :
la pile à combustible
H2 : quel intérêt ?
H
H
H
H
H
H
H
H
Le problème CO2
• Conférence de Kyoto : réduction des émissions de
gaz à effet de serre
• Engagement ACEA :
2008 : 140g CO2 /km
2012 : 120g CO2/km
• Aujourd’hui :
1.6 16v : 175 g/km
1.5 dCi : 119 g/km
PAC : quel combustible ?
Hydrogène direct
?
Reformeur
Méthanol
Gasoline
Natural
gas
GTL
Biomasse
Système de traction PàC
fonctionnant avec Hydrogène
Cooling loop
Hydrogène
Exhaust
Electrical
Power storage
Wheel
Stack
Air
Compresseur
Air module
Power Plant
Water loop
Converter
Air + H2O
Drivetrain
Système de traction PàC
fonctionnant avec de l’essence
Cooling loop
Fuel Storage
Exhaust
Electrical
Power storage
Reformer
Wheel
Stack
Air
Compressor
Air module
Power Plant
Water loop
Converter
Air + H2O
Drivetrain
Hydrogène :
les difficultés
• Production : quelle énergie primaire ?
• Transport/Distribution : réseau ?
• Utilisation :
– stockage
– sécurité
– acceptabilité
Stockage :
efficacité des solutions
CGH2
Hydrides
LH2
L’importance de la modélisation
8
7
Habitacle 9
Véhicule conventionnel
Catalyseur
(catalyseur chauffé)
Calculateurs
Stockage
chaleur
(préchauffage moteur)
6
Circuit
refroidissement
5
Compartiment
moteur
4
Réservoir
Ventilateur de
radiateur
Pompe à
carburant
(alternateur refroidi à eau)
Démarreur
2
Consommateurs
de confort
Batterie
Echappement
1
Compresseur
climatisation
Energie chimique
Energie mécanique
Energie thermique
Energie électrique
Lien logique
Ventilateurs
d’habitacle
Moteur
10
Alternateur
0
3
Pompes :
eau, huile, assistance
13 freinage
Transmissions 11
12
Aérodynamique, frottements,
freinage-accélération
Habitacle
Ventilateurs
d’habitacle
(catalyseur chauffé)
Catalyseur
Circuit
refroidissement
Ventilateur de
radiateur
(préchauffage moteur)
Compartiment
moteur
Energie chimique
Energie mécanique
Energie thermique
Energie électrique
Lien logique
Pompe à
carburant
Réservoir
Consommateurs
de confort
Echappement
Chauffage
d’appoint
Compresseur
climatisation
Stockage
chaleur
Calculateurs
Véhicule hybride
Pilotage
Moteur
thermique
Pilotage
Pompes :
eau, huile, assistance
freinage
Moteur générateur
Batterie accessoires
Batterie traction
Pilotage
EDF
Transmissions
Aérodynamique, frottements,
freinage-accélération
La maîtrise de l’énergie cinétique