Les données opérationnelles révèlent les défis et les opportunités de l'électrification des camions

 Préface:

L'électrification des camions reste un défi essentiel pour obtenir le transport zéro émission. Sur la base des données opérationnelles annuelles de 61 598 camions électriques en Chine, cette étude révèle que les taux d'adoption des camions électriques sont nettement inférieurs à ceux des véhicules diesel. Seulement 23% des camions de livraison et 30% des semi-remorques peuvent entièrement remplacer les homologues diesel. En moyenne, 3,8 camions de livraison électriques ou 3,6 semi-remorques électriques sont nécessaires pour remplacer un véhicule diesel. Pour les véhicules diesel remplaçables, les camions électriques peuvent réduire les coûts de 15% à 54% et les émissions de carbone à cycle de vie inférieures de 1% à 49%. En optimisant les modèles d'utilisation, en améliorant la densité d'énergie de la batterie et en améliorant l'infrastructure de charge, la faisabilité de l'électrification peut être considérablement améliorée. D'ici 2030, les camions électriques chinois devraient réaliser des émissions de carbone plus faibles que les véhicules diesel.

La réduction des émissions de dioxyde de carbone dans le transport est cruciale pour atteindre la neutralité du carbone, les véhicules lourds représentant environ 30% des émissions mondiales de CO2 provenant du transport routier. L'électrification de la flotte a été reconnue comme une solution clé, des régions comme les États-Unis et l'Europe ayant établi des cibles pour accélérer l'électrification des camions lourds. En Chine, cependant, la croissance des ventes de camions électriques (ET) a été lente, ce qui ne représente que 1,5% des camions nouvellement enregistrés en 2021 - considérablement plus bas que les véhicules et bus électriques. L'adoption du marché de l'ETS reste prudente, principalement en raison des limitations de portée, de la capacité de batterie insuffisante et de l'infrastructure de charge inadéquate. Le potentiel de réduction du carbone du cycle de vie des ETS reste incertain. Cette étude utilise des données opérationnelles annuelles de plus de 60 000 ETS en Chine, proposant des «ratios de groupe prioritaires» et des «taux de remplacement» comme indicateurs de faisabilité de l'électrification pour évaluer les avantages réels de la rentabilité et de la réduction des émissions d'ETS. La recherche démontre que l'optimisation des modèles d'utilisation, l'amélioration de la technologie des batteries et l'amélioration des installations de charge peuvent considérablement améliorer le potentiel de réduction des effectives et de réduction des émissions, offrant des informations précieuses pour les futures initiatives d'électrification des camions.

Différence dans les modèles d'utilisation des camions électriques et diesel:

Cette étude, basée sur l'analyse des données opérationnelles à grande échelle de 61 598 camions électriques (ETS) et 55 411 camions diesel en Chine en 2021, révèle que les camions électriques démontrent une intensité d'utilisation significativement plus faible par rapport à leurs homologues diesel. La plupart des véhicules électriques n'atteignent que 42% à 75% du kilométrage quotidien enregistré par les camions diesel (figure 1), dont beaucoup n'utilisent pas pleinement leur capacité de batterie. Les contraintes clés comprennent la capacité limitée de la batterie, l'anxiété de portée et les différences d'allocation des tâches. Alors que certains camions électriques lourds atténuent les problèmes de portée grâce à une charge fréquente, leurs voyages actifs globaux restent moins que ceux des véhicules diesel. La recherche indique qu'environ 16% à 48% des camions diesel pourraient être remplacés par-à-un par des alternatives électriques, en particulier les camions de livraison légers à 23% et les semi-transparentes en service lourd à 30%.

                                                                                               
Figure 1. Mottes de véhicules et d'utilisation des flottes de camions électriques

Comparaisons d'émission et de coûts entre les camions électriques et diesel individuels:   

Le coût et les émissions de carbone sont des mesures clés pour évaluer l'efficacité de l'électrification des camions. Les camions électriques démontrent une réduction significative du CO2 d'une roue à l'autre, avec des réductions d'émissions de cycle de vie allant entre 8% et 37% en raison des émissions élevées de production de batteries et du practice limité (figure 2). Alors que l'alimentation de la Chine devient plus propre après 2030, la plupart des camions électriques (ETS) devraient obtenir des réductions d'émissions de 70% à 91%. En termes de coût, le coût total de possession (TCO) pour cinq catégories de camions électriques a déjà dépassé celui des véhicules diesel, avec des économies allant de 12% à 37%. Les camions électriques du groupe prioritaire se distinguent en particulier, réalisant une réduction de 15% à 54% du TCO et 1% à 49% de diminution des émissions de CO2 grâce à leur intensité d'utilisation élevée et à la baisse des coûts de carburant.

Figure 2. Émissions de CO2 du cycle de vie et coût total de possession des camions électriques et des camions diesel par véhicule

Amélioration de l'effet d'électrification de la flotte en optimisant l'utilisation:

La recherche indique que le remplacement "un à un" des camions diesel par des véhicules électriques (ETS) n'est viable que pour un nombre limité de véhicules. Dans le cadre des modèles d'utilisation actuels, il faut généralement remplacer un camion diesel par 3,8 camions de livraison électrique ou 3,6 semi-remorques électriques, ce qui entraîne la plupart des avantages de la perte de coût ou de cycle de vie du cycle de vie (figure 3). L'optimisation de l'utilisation peut améliorer l'efficacité de l'électrification. Par exemple, l'augmentation de l'utilisation de la batterie à 85% peut augmenter le taux de remplacement un à un au-delà de 49% pour la plupart des flottes, ce qui réduit considérablement les rapports de remplacement. Le taux de remplacement des camions de livraison en service léger, par exemple, passe de 3,8 à 2,0 tout en atteignant le coût total de possession (TCO) et l'équilibre du dioxyde de carbone. L'augmentation des voyages actifs améliore encore la faisabilité des camions électriques. Le potentiel d'optimisation des semi-remorques électriques lourds reste limité, nécessitant des progrès technologiques comme des batteries de densité d'énergie plus élevées pour offrir une meilleure rentabilité et des avantages de réduction des émissions.

Figure 3. Taux de remplacement de la flotte en utilisant la normalisation

Amélioration des avantages d'électrification des flotte de camions à l'avenir:

L'optimisation démontre le potentiel des camions électriques actuels (ETS) tout en mettant en évidence l'importance critique des progrès technologiques, en particulier dans les systèmes de batterie et de charge. En augmentant la densité d'énergie de la batterie à 220 wh / kg, le rapport de groupe prioritaire peut dépasser 70% dans toutes les flottes. Pour les semi-remorques lourds, ce ratio est passé de 36% à 87%, réduisant considérablement la fréquence de remplacement tout en réduisant les coûts totaux de propriété et les émissions de CO2 à cycle de vie

(Figure 4). Pour les flottes à faible demande telles que les camions à ordures, l'amélioration des batteries donne des avantages limités. Dans le cadre de la technologie actuelle, l'augmentation de la capacité de la batterie améliore la plage mais nécessite des compromis en réduction de la charge utile. Les semi-remorques lourds atteignent une réduction de 11% de CO2 et des économies de coûts de 25% en augmentant la capacité de la batterie de 50% tout en réduisant la charge utile de 7%. La réduction de la consommation d'énergie supplémentaire de 25% grâce à l'échange de batteries pourrait permettre aux futurs semi-remorques lourds d'atteindre la parité des coûts avec les véhicules diesel. L'adoption de l'électricité durable est essentielle pour réduire les émissions de CO2 à cycle de vie pour les véhicules électriques, la plupart des flottes atteignant des réductions significatives. Les stratégies futures devraient adopter des approches d'amélioration différenciée adaptées aux caractéristiques de la flotte pour maximiser les co-avantages du coût total de la propriété (TCO) et de la réduction du carbone.

Figure 4. Effets d'électrification futurs des camions électriques dans différents scénarios

Résumé::

Grâce à la modélisation du cycle de vie et à l'analyse de sensibilité, cette étude révèle que la réduction de la consommation d'énergie de 10% peut réduire le coût total de possession (TCO) des camions électriques (ETS) de 1,2% à 3,1% et réduire les émissions de CO₂ de 4,9% à 7,6%. Bien que la dégradation de la batterie augmente considérablement le TCO et les émissions, son impact reste moins impactant que l'optimisation de la puissance. Une faible efficacité opérationnelle continue d'être la principale obstacle à l'électrification, ce qui rend les taux d'utilisation améliorés cruciaux. L'analyse de groupe prioritaire démontre que les ET à haut niveau peuvent obtenir deux avantages dans la réduction des coûts et la réduction des émissions. Les incitations politiques jouent un rôle vital dans la promotion de l'adoption de l'ET, comme le montre le programme HVIP de Californie qui couvre 80% des différences de prix d'achat tout en soutenant la viabilité économique de Tesla Semi dans le transport à long terme. La Chine doit investir davantage dans les infrastructures pour relever les défis de l'anxiété et de l'allocation des tâches. La recherche souligne l'importance des mégadonnées dans la prise de décision d'électrification, avec une analyse raffinée aidant l'optimisation des politiques. Les progrès technologiques futures et l'intégration d'énergie propre augmenteront considérablement les taux d'adoption de l'ET, ouvrant un chemin viable pour la transition à faible teneur en carbone.