Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

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Eosforon
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Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da Eosforon »

Tutto nasce dal fatto che sento in continuazione sui media, fra amici, su forum o perfino in dibatti politici un'idea di fondo che emerge in Italia, cioè che la UE ci stia facendo arrampicare su una china scivolosa con i vincoli del 2035 all'industria automobilistica.

Ovviamente la UE piena di burocrati starebbe dando il mercato dell'auto in pasto alla Cina e il problema sarebbe la scellerata scelta di puntare sui veicoli elettrici a batteria (BEV). Faccio la distinzione per non includere i veicoli elettrici a cella combustibile, che per lo meno sarebbero accumunati dall'uso di un carburante nell'immaginario di chi proprio di batterie non ne vuole sentire parlare, per quanto anche questi mezzi elettrici sacrificherebbero la filiera dei motori a combustione. Per non parlare della famosa terza via che sta avendo molto successo a livello di clamore del proporre i carburanti sintetici e salvare così anche lo stato dell'arte dei motori a combustione (le tradizioni dovrebbero avere poco a che fare con scienza e ingegneria ma ignoriamolo).

Vi è quindi l'idea di fondo per cui i BEV oltre a richiedere più energia in fase di produzione a causa della batteria, ne richiedano moltissima dalla rete congestionandola e che alla fine spostino semplicemente l'inquinamento dalle città ai siti di produzione energetica.

Il problema è che raramente qualcuno discerne nella pratica il tema, perché tutti questi argomenti coprono diverse branche non banali della fisica e richiedono applicazioni ingegneristiche spesso ancora in sviluppo: sicuramente lo stoccaggio del vettore energetico idrogeno era un'argomento che mi appassionava più di dieci anni fa, oggi si propone di produrre altri combustibili sintetici, cosa che non è certo sbagliata (ma neanche tanto banale) dato che accumulare energia in forma chimica sicuramente ha un vantaggio superiore rispetto ad un accumulo elettrochimico, nel famoso concetto di densità energetica massica (e si dovrebbe considerare anche volumetrica quando si ha a che fare con un combustibile tra i più sfuggenti, ma lasciamo questo discorso a parte).

Allora mi sono chiesto se non si potesse, invece di fare un discorso teorico e poco comprensibile a chi non ha presenti certi concetti, fare un confronto molto pratico e realistico.
Spesso i confronti realistici sono difficilmente alla pari ma invece di perdersi in elucubrazioni teoriche sono molto più concreti, perciò ho pensato: possiamo oggi confrontare cosa consuma un BEV rispetto a se invece fosse l'eguale modello a benzina? La risposta è affermativa, non tantissimi BEV, ma abbastanza sono stati basati su piattaforme progettate per la transizione, quindi si trovano automobili praticamente con le stesse caratteristiche aerodinamiche in diverse motorizzazioni in senso lato. Per avere un confronto concreto ho quindi raccolto i consumi reali per diversi motorizzazioni dello stesso modello di auto da un database fatto dagli utenti, privilegiando la media di più dati degli utenti con statistiche più lunghe.

Per fare poi un confronto davvero realistico ho fatto una seconda assunzione che non evidenziasse un vantaggio dei BEV che è quello di essere energeticamente neutrali (a differenza degli ICE in assenza di carburanti sintetici, al meno adesso) e ho provato a pensare non al 2035 ma ad oggi! Anzi esagerando un po' la nostra attualità ho fatto l'assunzione che oggi in Italia non esista quel 40% circa di produzione da fonti rinnovabili, ma che l'energia utilizzabile dai BEV provenga solo dalle centrali termoelettriche a combustibili fossili, così come se anche i BEV utilizzassero le stesse fonti di energia fossile in maniera pari al motore a combustione. Facendo questa assunzione posso prendere i dati di efficienza media delle centrali termiche, dato che l'UE ha fatto dei rapporti e nel 2016 risultava che in Italia l'efficienza media fosse circa il 47% (le migliori centrali a gas arrivano anche oltre il 60% ma come detto volevo un dato conservativo e realistico).
Questo significa avere un metro per confrontare i consumi energetici del combustibile fossile medio che viene convertito in elettricità in Italia, coi combustibili fossili specifici usati dalle motorizzazioni ICE (di cui si ricava facilmente il contenuto energetico), cercando di fare confronti fra modelli con simili prestazioni e aerodinamica! Chiaro che nella realtà il confronto paritario non esiste: le auto a batteria hanno sempre massa maggiore e spesso motore più potente del corrispettivo ICE diesel che a sua volta è in genere più potente che a benzina o combustibili gassosi, ma generalmente dovrebbero essere più svantaggiati i BEV nei consumi soprattutto per la massa sempre superiore.
Metto i dati dei consumi normalizzati con le densità energetiche dei carburanti e come li ho raccolti ed elaborati.
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Invece alla fine dei confronti si può notare che anche avendo BEV più potenti e pesanti che vengono alimentati sprecando più della metà dell'energia di un combustibile fossile in una centrale termica, si è nettamente più parsimoniosi dal punto di vista energetico a parità di auto: si va da un 30%, fino a oltre il 50% di energia sprecata in meno!
Quindi non domani, ma se già oggi se usassimo gli stessi combustibili in centrali termiche, avremmo fino al doppio dell'energia effettivamente disponibile, semplicemente perché lo stato dell'arte di un motore termico per ragioni essenzialmente termodinamiche ha un enorme svantaggio rispetto ad una centrale termoelettrica, è quello di essere un generatore portatile poco efficiente (resa energetica < 20%) e che non può neanche rigenerare energia dal moto.
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Anche rispetto ad un'ibrida con i consumi tra i più bassi (Ioniq HEV), l'elettrica su medesima piattaforma spreca un terzo di energia in meno. In questo ragionamento non vengono considerati i costi di trasporto e distribuzione, ma non viene fatto per entrambi i combustibili e l'energia elettrica, quindi concettualmente è pari ma sarebbe un'altro argomento da valutare.



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marco
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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da marco »

Dal tuo confronto quindi le auto elettriche vincono anche nelle condizioni peggiori. Proviamo invece a guardare nelle condizioni migliori, tipo se si ha il fotovoltaico a casa: quanti chilometri percorre un auto elettrica con un kilowattora di energia prodotta in autonomia? E quanti ne produce il termico? :D

Peccato solo che questa differenza la vediamo solo noi qui dentro, e neanche tutti per la verità, e pochi altri la fuori: generalmente interessa poco o nulla da dove proviene l'energia per far muovere la propria auto e credo che neanche futuro si potrà far apprezzare la differenza ai meno informati. Per questo poi esistono gli incentivi e le tasse, ed anche i divieti come quelli che dovrebbero arrivare nel 2035, per far fare la scelta giusta anche a chi non sa perché la fa.
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Hdi
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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da Hdi »

A quanto ho capito (il post iniziale è molto lungo, potrei aver perso qualcosa), non sono stati considerate le perdite di trasporto della rete elettrica e neanche le inefficienze degli OBC (già queste ultime valgono un 10-20%).
Direi che comunque nell'uso urbano ma anche extraurbano trafficato il vantaggio energetico delle BEV non è in discussione, ci mancherebbe, semmai sarebbe da confrontare la resa sui tratti autostradali dove il termico solitamente rende al suo meglio.
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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da Leaf2+ »

Secondo me il confronto, a meno di approssimazioni (non so se è stata calcolata l'energia dispersa in fase di ricarica), è corretto e esemplare nel dimostrare la reale differenza tra le tecnologie. Sul fatto di confrontare consumi energetici in autostrada non ha senso secondo me: nessuno fa solo autostrada a 130 fissi, quindi, a meno di trovare quelle rarissime persone che fanno solo autostrada, per il 95% delle percorrenze il confronto è veritiero
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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da VPP »

Hdi ha scritto: 27/12/2022, 8:44 A quanto ho capito (il post iniziale è molto lungo, potrei aver perso qualcosa), non sono stati considerate le perdite di trasporto della rete elettrica e neanche le inefficienze degli OBC (già queste ultime valgono un 10-20%).
Se vuoi fare un calcolo preciso allora dovresti calcolare nel litro di benzina o gasolio consumato quanta energia è già stata consumata per estrarlo, trasportarlo e raffinarlo che non è affatto poca.

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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da Vasco92 »

Inoltre come segnalato dal collega VPP oltre a tenere conto anche del costo energetico per estrarre, raffinare e distribuire la benzina, bisognerebbe tenere in grande considerazione il costo umano ed economico delle malattie dovute all'inquinamento... :oops: :oops:
Eosforon
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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da Eosforon »

Esatto, per parità ho solo considerato come se entrambi avessero un generatore termico per quello ho tradotto tutto in energia fossile consumata. Non ho considerato i costi di trasporto e distribuzione al veicolo né per i carburanti né per l'elettricità. Non sono facili da stimare in maniera semplice ma ci sono sicuramente pubblicazioni al riguardo, già anni fa quando mi occupavo di stoccaggio di idrogeno in università il dipartimento dell'energia statunitense faceva delle stime (una recente per H2) per valutare l'adozione in base al costo finale dell'idrogeno (tra l'altro la cosa buffa all'epoca è che loro all'epoca non lo ritenevano conveniente con un costo equivalente a quello che per noi è circa superare 2 €/l con la benzina).
Non do per scontato che non ci possano essere sorprese né in un senso né nell'altro, quindi sarebbe sicuramente un argomento da approfondire senza pregiudiziali per cui si sprechi di meno con l'elettricità, anche se mi viene da pensare che la distribuzione capillare dell'energia ti serve comunque a prescindere mentre la distribuzione di un combustibile la potresti concentrare solo in siti dove ti serve convertire tanta energia e risparmieresti.

In ogni caso come si vede dal confronto che ho fatto l'attuale tecnologia ICE è sotto in media del 50% e dubito che si possa invertire il vantaggio con i costi ancillari del trasporto/distribuzione al veicolo.
Hdi ha scritto: 27/12/2022, 8:44 Direi che comunque nell'uso urbano ma anche extraurbano trafficato il vantaggio energetico delle BEV non è in discussione, ci mancherebbe, semmai sarebbe da confrontare la resa sui tratti autostradali dove il termico solitamente rende al suo meglio.
Semplicemente guarda il foglio elettronico con i calcoli che ho fatto, anche in autostrada le considerazioni sono pressoché le stesse nei consumi medi è compresa l'autostrada ma ti spiego comunque come puoi rifare il confronto te se t'interessa solo il consumo autostradale. Nei fogli di calcolo ho semplicemente preso i consumi medi degli utenti per ogni auto: con i carburanti chiaramente l'ho preso in l su 100 km (per quelli che si misurano in volume) o kg su 100 km (per il metano), poi li ho convertiti in lavoro su unità di spostamento conoscendo le densità energetiche (per il GPL ho fatto il conto sulla miscela standard ma poco cambia quando varia la miscela tra estate e inverno), cioè l'energia chimica contenuta nel carburante che idealmente convertiresti al 100% solo se la resa del tuo motore fosse tale. Facendo questa conversione tu scopri quanta energia chimica del carburante hai bruciato per 1 km di spostamento. Per i BEV è più semplice perché i loro consumi sono già misurati in Wh/km, quello che manca è il ragionamento che ho fatto di considerarli alimentati dalla centrale termoelettrica media italiana nel 2016 che spreca circa il 53% dell'energia dai combustibili fossili. In questa maniera il confronto diventa paritario come fonte di energia fossile per entrambe e si scopre che se avessimo solo BEV di colpo avremmo il doppio di energia disponibile bruciandola in centrali efficienti invece che in una miriade di piccoli generatori inefficienti: chiaramente è un esempio che non considera altre cose ma rende l'idea.
marco ha scritto: 27/12/2022, 7:03 Dal tuo confronto quindi le auto elettriche vincono anche nelle condizioni peggiori. Proviamo invece a guardare nelle condizioni migliori, tipo se si ha il fotovoltaico a casa: quanti chilometri percorre un auto elettrica con un kilowattora di energia prodotta in autonomia? E quanti ne produce il termico? :D
L'esempio è stato fatto per avere un confronto sulla medesima fonte. Nelle condizioni migliori in cui invece di usare fonti fossili per produrre elettricità semplicemente usi tutta l'energia che hai a disposizione e non butti via energia in più rispetto al 47% che ti resta dalla media delle centrali termoelettriche italiane al 2016. Chiaro che in realtà allargando l'orizzonte ci possono essere altre efficienze o costi energetici in gioco come trasporto e distribuzione, ma se li ignoro per i carburanti devo ignorarli anche per l'elettricità. Certo che se togli il costo di generazione dell'energia il divario con le ICE raddoppia ancora: semplicemente puoi confrontare direttamente i consumi medi dei BEV con i consumi a volume o massa di carburante moltiplicati per la densità energetica del carburante, trovi il riepilogo dei consumi di energia nel foglio elettronico che avevo condiviso e ti rimetto qui. Comunque in tal caso non stai considerando che il motore termico è un generatore (con tutti i pro e contro) mentre la batteria è solo un vettore energetico per cui oltre al motore elettrico devi aver prodotto a monte un generatore come per esempio un impianto di pannelli solari al posto della centrale termoelettrica che ho ipotizzato io in questo esempio.
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Oltre a quelle usate per i confronti, avevo inserito alcune delle 50 auto più vendute del 2022 (non ho avuto tempo di fare tutte le medie ma chi vuole può contribuire) in cui ho segnato i consumi medi per carburante prendendoli da Spritmonitor che è un'ottima fonte di dati reali perché non è basato sulle prove delle case automobilistiche ma sui consumi effettivi degli utenti. Il limite di questi confronti è che spesso non tutte le motorizzazioni alternative di uno stesso modello sono esattamente equivalenti, a parte l'ovvio svantaggio del peso per qualsiasi BEV nel confronto (ma è un difetto e quindi è corretto tenerlo) per le ICE bisogna cercare di prendere la motorizzazione per difetto di potenza massima che chiaramente può incidere abbastanza sul consumo, per quello nelle tabelle ho segnato la potenza del motore (chiaramente in kW dato che da formazione non amo particolarmente le unità di misura non SI come le imperiali e simili), inoltre per le HEV può essere complicato saltarci fuori soprattutto se fossero PHEV perché raramente gli utenti conteggiano l'energia elettrica immessa (infatti nel confronto ho cercato di tenere solo le HEV).
:mrgreen:
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Se guardate questi ultimi calcoli normalizzati per consumo di energia fossile si può notare che il bistrattato motore diesel (beninteso bistrattato a ragione in termine di varietà di inquinanti e particolato prodotti) è comunque ben più efficiente di quello a benzina, nelle versioni metano l'efficienza è praticamente la stessa del benzina o poco più, invece con la miscela butano/propano o GPL, che dir si voglia, emerge che sia leggermente più efficiente (tra l'altro per quanto meno efficienti del gasolio questi motori producono a differenza della benzina combustione senza particolato e gli unici prodotti di combustione sono anidride carbonica e acqua).

A proposito delle unità di misura nei fogli, so che non sono ovvie ma cl/km sono equivalenti al modo di esprimere i consumi nell'assurdo l/100km, lo stesso per il metano ho usato g/km spostando la virgola invece di kg/100km (abbia pazienza il metanista che dovrà spostare le due posizioni decimale per ritrovarsi); quelli che ho evitato sono entrambi modi veramente insulsi di scrivere le unità dimensionali per quello ho privilegiato almeno nei conti finali per l'energia il più semplice Wh/km nel riepilogo finale. Nel grafico del primo messaggio c'è un errore sarebbero daWh/km oppure basta moltiplicare l'ascissa per 10 quindi da 250 a 850 per avere i Wh/km ben più più comuni e sensati, per la confusione ringraziamo chi non è stato capace di semplificare le unità nelle interfacce finora...
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Sciamano
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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da Sciamano »

Ammazza, che lavorone! Molto interessante, davvero complimenti!
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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da giabon »

Vasco92 ha scritto: 27/12/2022, 11:14 bisognerebbe tenere in grande considerazione il costo umano ed economico delle malattie dovute all'inquinamento...
Tutti questi fattori e anche altri sono tenuto in considerazione negli studi LCA, i cui risultati, ormai indiscutibili, sono la vera ragione del fatto che l’auto elettrica è stata scelta per sostituire quella termica.
Poi in inverno guardiamo le auto termiche buttare fuori fumi di scarico da fredde che contengono migliaia di volte gli inquinanti che sono pubblicizzati… e allora viene da chiedersi se lo siamo o lo facciamo…
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Re: Confronto efficienza nei consumi modelli BEV rispetto agli ICE

Messaggio da Eosforon »

Sì per l'argomento del costo della vita del prodotto ci sono abbastanza studi (uno fra BEV e FCEV) e recentemente anche il green NCAP fa delle considerazioni abbastanza fruibili ai più per le auto sul mercato. Per i costi di trasporto non è così semplice, si trovano per esempio i costi di trasporto confrontando elettrodotti e oleodotti in cui il costo è nettamente più basso per i secondi ma chiaramente la distribuzione all'ultimo miglio è più difficile da stimare in entrambi i casi: sia perché la rete elettrica è complessa e ci sono diversi stadi di trasformazione, sia perché gli idrocarburi viaggiano anche su mezzi (camion, navi, ecc.) e poi hanno costi di stoccaggio; sono tutte cose complesse da stimare, senza contare che riconvertire l'energia primaria in elettrica andrebbe comunque fatto (per quanto come dicevo ci sarebbe un risparmio al conto finale), ma penso che sia abbastanza chiaro che della catena di approvvigionamento dei distributori di carburante si potrebbe fare a meno, mentre delle distribuzione dell'energia elettrica residenziale non proprio.

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