L HYDROGÈNE POUR LES TRANSPORTS : HYBRIDATION BATTERIES ET PILES À HYDROGÈNE

Transcription

1 } L HYDROGÈNE POUR LES TRANSPORTS : HYBRIDATION BATTERIES ET PILES À HYDROGÈNE bertrand.chauvet@symbiofcell.com //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell P. 1

2 LE CONTEXTE DES TRANSPORTS ET DE L ENVIRONNEMENT, VU PAR UN ACTEUR DES MOTEURS THERMIQUES C est quoi cette fumée? Ha bon? Et le rendement réel? Pas d alternative propre??? //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 2

3 EFFICACITÉ DES RENDEMENTS ÉNERGÉTIQUES? 3 L efficacité n est pas le vrai critère! Totaux énergie France : Produits 260 Mtep Consommés 160 Mtep Il faut que l énergie soit bon marché, propre, et durable //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 3

4 APPLICATIONS ÉNERGÉTIQUES ET RENDEMENTS : UNE PARTIE SEULEMENT DE L ÉQUATION 4 Acceptabilité du TCO dans un volume donné //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 4

5 ALORS, QUELLES SOLUTIONS PROPRES ET DURABLES? Électriques, oui, mais quelle solution électrique? Batteries? Piles à hydrogène? Hybrides batteries-piles à hydrogène? //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 5 P. 5

6 RÈGLES D OR DES TECHNOLOGIES DE SUBSTITUTION 1) Une nouvelle technologie n est adoptée qu à un niveau de service supérieur ou un coût < 30%... Pas d exemple du contraire L homme n aime pas régresser dans sa qualité de vie 2) Seul le consommateur décide Sur sa perception de la Valeur Quelle que soit la rationalité de la nouvelle solution proposée è Aujourd hui le succès des BEV nécessite un changement comportemental fort des utilisateurs C est au mieux extrêmement risqué Au pire totalement illusoire //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 6

7 LA PERCEPTION DE VALEUR //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 7

8 BATTERIES? AUTONOMIE NON PRÉDICTIBLE Quelle est votre autonomie réelle avec des batteries? 45 km Distribuer le courrier Cycle d usage 70 km Livreurs Cycle d usage 90 km Trajets urbains 160 km New European Driving Cycle (NDEC) -5 C 10 C 18 C Fiche-produit constructeur Et bien Tout dépend de la météo et du cycle d usage! * Source: responsables de flottes électriques d après tests réels, Juin 2012 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 8

9 L HYDROGÈNE EST UNE BONNE ALTERNATIVE Il paraît que bientôt les batteries feront 10x fois mieux qu aujourd hui 10x mieux au même prix implique une énorme rupture technologique, mais rien de nouveau à l horizon: les limites physiques sont connues. 2x mieux n est même pas atteignable pour des solutions embarquées dans les transports. Une solution basée sur les batteries est 20x plus lourde que la solution diesel, et la recharge 100x plus longue Les consommateurs ne veulent pas acheter une solution plus chère qui apporte moins de valeur d usage Les Biofuels sont toujours polluants Toujours la même technologie bruyante, pollutante, de faible rendement : combustion Il faut attendre une 3 ème génération pour éviter l impact sur le coût de la nourriture Les Biofuels synthétiques utilisent une grande quantité d hydrogène, quasiment autant que nécessaire pour une pile à hydrogène pour voiture! //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 9

10 L HYDROGÈNE EST TRÈS LÉGER 3x plus d énergie/kg que le diesel, mais 3000x moins/litre è il faut donc compresser ou liquéfier Lower heating value (LHV) 3 kwh/nm 3, 33kWh/kg Gaseous density 0,08988 kg/nm 3 Liquid density 70,79 kg/m 3 Energy to liquefy 3,92 kwh/kg Nm K (0 C) and 1013 millibars //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 10

11 COMPARER LES SOLUTIONS ÉNERGÉTIQUES (POIDS/VOLUME) Diesel Hydrogen Batteries Volume 1l x5 x15 Weight 0,72 kg x4 x20 Ford Ullit GM è Mais la motorisation électrique est moins encombrante et moins lourde que la thermique //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 11

12 MOTORISATIONS Diesel (1) Hydrogen (2) Batteries (3) Volume 0,16kW/l 0,25kW/l 3kW/l Weight 0,25kW/kg (dry) 0,7kW/kg 2kW/kg caterpillar GM Brusa (1) Caterpillar 160kW engine (2) GM 85kW HydroGen5 (3) Brusa 151kW peak //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 12

13 HYDROGÈNE VS. BATTERIES Recharge en 3mn à 10mn Technologies classiques de recharge gaz H2 Logic Air Liquide Air Liquide //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 13

14 HYDROGÈNE VS. DIESEL Pas de CO 2 Hydrogène + Oxygène è eau pure Pas de bruit La seule partie mobile non silencieuse est le compresseur Pas de polluants Température de fonctionnement = 80 C è Pas de Nox Pas de combustion : pas de suies, pas de polluants //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 14

15 HYDROGÈNE : LA BONNE SOLUTION POUR LES UTILITAIRES LÉGERS ET LES PETITS CAMIONS Vmax, km/h ICE BEV FCEV En conservant les accélérations, le poids et le même volume Autonomie, km ,000 1,100 1,200 BEV Temps pour faire le plein FCEV ICE 10 hr 5 hr 2 hr 1 hr 30 min 10 min 5 min 1 min BEV BEV (1) FCEV ICE Source: The role of Fuel Cell Electric Vehicles within a portfolio of power-trains (1) La recharge rapide nécessite plus d infrastructure et réduit la durée de vie des batteries //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 15

16 HYDROGÈNE : UNE BONNE SOLUTION POUR UNE LARGE GAMME DE VÉHICULES Hydrogen 2 roues Voitures urbaines courte distance Véhicules particuliers Véhicles commerciaux Petits camions Véhicles ht de gamme Camions medium Camions longues distance Batteries Hybrides Diesel Range & Size //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 16

17 PRÊTS POUR LE MARCHÉ : Market Ready Market Ready Equinox Edge hyseries drive Tucson FCEV HydroGen3 MiTo Fuel Cell Market Ready Market Ready FCHV FCX Clarity B Class "F-Cell" Touran HyMotion Power Electronics FCEV: an Electric Car Architecture (serial hybrid architecture) Electric Motors Fuel Cell Batteries Hydrogen Tanks //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 17

18 STATIONS HYDROGÈNE EN EUROPE } //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 18

19 PROGRAMME H2 MOBILITY } //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 19

20 COMPÉTITIVITÉ DES CARBURANTS Energy Gas Station price Vehicle Efficiency Refill Price (1) Diesel 1,3 /l PCI: 11 kwh/l Engine/transmission η: 25% 284 0,47 /kwh GNV 0,88 /kg PCI: 13,9 kwh/kg Engine/transmission η: 15% 253 0,42 /kwh Hydrogen 7 /kg PCI: 33 kwh/kg Fuel Cell/Motor η: 45% 284 0,47 /kwh E85 0,85 /l PCI: 6.5 kwh/l Engine/transmission η: 20% 392 0,65 /kwh (1) 200l of diesel 600kWh mechanical energy //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 20

21 HYDROGEN PRICE ACCORDING TO MCKINSEY (1) H 2 retail station delivered cost, EUR/kg H 2 7 /kg 5 /kg Diesel competitive price point (1,3 /l) Fatal 7 /kg today! Hydrogen average price calculated with an survey made with all industrial gas players (Air Liquide, Linde ). It takes into account the first investments needed to deploy an European complete infrastructure. First small Air Liquide deployments shows that 9 /kg is reachable today! (1) The role of Fuel Cell Electric Vehicles within a portfolio of power-trains (2010) //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 21

22 Pertinence des investissements pour la collectivité LE MODÈLE ÉCONOMIQUE POUR L INFRASTRUCTURE DE RECHARGE //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 22

23 DISSIPONS LA FUMÉE Il n y a pas d infrastructure de recharge H 2 en France, déployons des véhicules à batterie! Mais : il n y a pas non plus d infrastructure de recharge batteries!! Problématiques de sécurité et de tension = bornes de recharge et câbles spécifiques Borne publique 3 kw / 16A = 3000 l unité (à la charge de la collectivité) Borne domestique «Wallbox» = 750 l unité (à la charge des consommateurs) Question : quel est le coût réel d une infrastructure de recharge BEV (batteries) vs FCEV (H 2 )? //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 23

24 COMPARAISON COÛTS DE RECHARGE STATION PUBLIQUE DE RECHARGE : BATTERIE VS HYDROGÈNE Hypothèse du modèle : BEV 1 BEV 2 FCEV 1 FCEV 2 Autonomie effec,ve moyenne 80 km 120 km 400 km 600 km Temps de recharge moyen en mn 300 mn 360 mn 5 mn 7 mn Borne de recharge publique 3kW 16A Sta,on de distribu,on H2 AJC Durée d'amor,ssement / remplacement 5 ans 5 ans 6 ans 7 ans BEV 1 = Températures froides + chauffage, BEV 2 = Performances maximales FCEV bars, FECV bars Seiya Consulting 2011 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 24

25 MEILLEUR RENDEMENT INVESTISSEMENT RECHARGE : H 2 Variation de la durée d amortissement sans impact significatif Il faut environ 72 stations BEV pour recharger autant de véhicules qu une seule station H 2 - Soit 72 x 3000 = = prix de 1 station H 2 Il faut environ 360 stations BEV pour recharger autant de km qu une seule station H 2 - Soit 360 x 3000 = = le prix de 5 stations H 2 Seiya Consulting 2011 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 25

26 LA SOLUTION HYDROGÈNE HYBRIDE : LES PROLONGATEURS D AUTONOMIE //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 26

27 EXEMPLES DE PROJETS EN DÉVELOPPEMENT Safra Businova e-bus 40 kw RE Renault Kangoo ZE 5 kw RE Volvo mini-pelle 5 kw RE Renault Truck Maxity électrique 20 kw RE //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 27

28 } UN EXEMPLE : LE KANGOO ZE-H //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 28

29 HYKANGOO : VÉHICULE ÉLECTRIQUE À RANGE EXTENDER Basé sur un véhicule électrique standard : Renault Maxi Z.E. Étend l autonomie jusqu à 320 km (NEDC) Chauffage fourni par la boucle de refroidissement PAC H 2 Zéro carbone, pollution sonore faible Volume utile (> 4,5 m 3 ) Tous les avantages d un véhicule électrique sans les limitations de la solution batteries seules //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 29

30 2008 SymbioFCell. All rights reserved. SymbioFCell Proprietary Information. The information contained in this document is protected by international laws relating to intellectual property. This document and the information contained herein may not be summarized, translated, modified, copied or otherwise adapted to a third party s needs without the written permission of SymbioFCell. All information is subject to change without notice and SymbioFCell does not warrant the information s accuracy or correctness. SymbioFCell and the SymbioFCell logo are trademarks, service marks or registered trademarks or service marks of SymbioFCell //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 ////////// P. 30

31 COMPARÉ À DE L ESCENCE? Cette expérience compare les effets d une fuite dans un réservoir d hydrogène et dans un réservoir d essence. Après 60s, la flamme d hydrogène commence à s affaiblir. L intérieur du véhicule est intact. La température à l intérieur du véhicule hydrogène ne dépasse pas 20 C. Après 100s, tout l hydrogène a été consumé, alors que le feu dans le véhicule essence s intensifie. Après quelques minutes, le véhicule essence a été entièrement détruit. Dr. Michael Swain, University of Miami //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 31

32 LE RESERVOIR D HYDROGÈNE On stocke l hydrogène à 350 bar ou 700 bar Rappel : 200bar dans une bouteille de plongée, 350 bar = standard gaz naturel Dans une «poche» ou Liner en PEHD sur lequel on vient bobiner du carbone Pas de problème de résistance de l enveloppe Bien plus résistant que le type III en aluminium ou qu un réservoir d essence Résiste au crash Tests de tirs à balles réelles effectués par le CEA et INERIS Tests d attentats au C4 effectués par le Mossad Au pire, il y a déchirure et pas explosion Déchirure programmée, en cours de développement au CEA //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 32

33 } LE RESERVOIR D HYDROGÈNE En cas d incendie Il sont testés à 2,3x leur pression de service La soupape de sécurité intervient (échappement dirigé) Ils doivent résister à 1645bar après 15OOO cycles de montée à 850bar La zone à 350bar ou 700bar est limitée On repasse à des pressions faibles de qq bars après le premier étage Ce détendeur/vanne est un élément clé qui doit être protégé - - Soit par un capot en polypropylène calculé pour les crash Soit en étant directement intégré au réservoir (technologie constructeur automobile) //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// SymbioFCell 2013 P. 33