Nick de Cusa Posté 12 mai 2008 Signaler Posté 12 mai 2008 Combien faudrait-il de cellules photoélectriques pour remplacer l'essence aux USA? Monday, May 12, 2008 Replacing Gasoline with Solar Power Executive Summary If you don't want to run through the calculations, here is the summary. I attempted a thought experiment in which I calculated whether it would be feasible to use solar power to generate enough energy to offset all U.S. gasoline consumption. My conclusion is that it will take about 444,000 megawatts of electrical generating capacity. Current U.S. generating capacity is over 900,000 megawatts, but there isn't a whole lot of spare capacity in that number. To generate 444,000 megawatts with solar PV would require just under 1,300 square miles (a 36 mile by 36 mile square) of just PV surface area. To generate that much power with solar thermal - including supporting infrastructure - would require 4,719 square miles (a 69 mile by 69 mile square). A large area, but not impossible to envision us eventually achieving this. ——————-- Introduction Having made an attempt to calculate the number of square miles to replace current U.S. electricity consumption via solar PV or solar thermal, I have been challenged to do the same exercise for replacing our gasoline usage. (In fact, I was told by someone that they had never seen this kind of calculation done, so I told them I would do it). I have no idea how this calculation is going to turn out, but I suspect it is going to be similar to the previous calculation for replacing electrical consumption. My guess is less than 100 miles by 100 miles. Note that this is a thought experiment, in which I try to get an idea of what it would take to achieve this. First, some caveats. There are still technical obstacles that prevent this scenario from being realized. Those are, 1). Battery range is still too low (The plug-in Prius is only going to be able to go 7 miles on battery power).; and 2). Solar power can’t be adequately stored. However, that’s not the purpose of the exercise. The purpose is to satisfy my curiosity: If we were going to try to replace gasoline with solar power, are the land requirements prohibitive? I am only going to do this calculation for gasoline, as I think it is unlikely that electricity will ever power long-haul trucks or airplanes. How Much Do We Need? The U.S. currently consumes 389 million gallons of gasoline per day. (Source: EIA). A gallon of gasoline contains about 115,000 BTUs. (Source: EPA). The energy content of this is equivalent to 45 trillion BTUs per day. The average efficiency of an internal combustion engine (ICE) - that is the percentage of those BTUs that actually go into moving the vehicle down the road - is about 15%. (Source: DOE). Therefore, the energy that goes toward actually moving the vehicles is 6.7 trillion BTUs per day. The efficiency of electric infrastructure can be broken down into several steps. According to this source, the respective efficiencies for the transmission lines, charging, and the vehicle efficiency are 95%, 88%, and 88%, for an overall efficiency (after the electricity is produced) of 74%. To replace the gasoline BTUs that go toward moving the vehicle with electricity is going to require 6.7 trillion/0.74, or 9.1 trillion BTUs. To convert to electricity, we use 3,413 BTUs/kilowatt-hour (kWh). Thus, 9.1 trillion BTUs/day is equal to 2.7 billion kWh/day. That's how much energy we need. To convert this to power, we need to multiply by 1 day/24 hours, and that gives us 111 million kilowatts, or 111,000 megawatts (MW) of power generation required. Looking back at my Solar Thought Experiment, I calculated 2,531 square miles to replace our peak electrical demand of 746,470 MW (746 GW). However, the current calculation is a different sort of calculation than what I did previously. The previous calculation attempted to have enough installed solar PV to meet peak demand. In the case of replacing our transportation fuel, I need enough panels to produce the required transportation energy in 8 hours or so while the sun is shining. To be conservative, we can assume 6 hours, which means we will actually need four times the 111,000 MW, or 444,000 MW. Using Solar PV From the previous essay, I used a conservative value of 12.5 watts per square foot as the generating capacity of an actual GE PV panel. To get 444,000 MW is going to take an area of 35.5 billion square feet, which is 1274 square miles. This is an area of just under 36 miles by 36 miles. However, this is just the surface area required to generate the electricity. It does not include area required for supporting infrastructure. Using Solar Thermal Doing the same calculation based on the solar thermal output from Running the U.S. on Solar Power, the expectation was that 0.147 megawatts could be produced per acre. This did include all of the land associated with infrastructure. If we use that number, we find that to generate 444,000 MW is going to take a little over 3 million acres, or 4,719 square miles. This is a square of just under 69 miles by 69 miles. The reality is that we would use a combination of the solar PV and solar thermal. We have a lot of available rooftops that can create electricity with solar PV, and there are large tracts of land in sunny Arizona and Nevada that can create electricity with solar thermal. Conclusions Clearly, a lot of area is required, but it isn't impossibly large. Of course to achieve this, a couple of big problems need to be resolved. First, battery life needs to improve somewhat before people are going to embrace electric transport. According to this ABC News story, the average commute is 16 miles one-way, but the range of the plug-in Prius is only expected to be 7 miles. The Aptera, on the other hand, claims a range of 120 miles. Maybe we just need to change the way we think about what we drive. (On the other hand, not a lot of commuters are going to climb into an Aptera if they have to share the road with large SUVs). Second, and the bigger issue, is that we still don't have a good way to store excess solar power. We need to have a good storage mechanism so electric cars can be charged at night from solar electricity produced during the day. One idea for this that I have seen floated is to use peak solar energy to electrolyze water, and then store the hydrogen in centralized locations. The hydrogen would then be burned at night to run centralized electrical generators. Not the most efficient method for storing solar energy, but technically workable. Finally, the current electrical grid couldn't handle such a large increase, but the model I envision would generate and consume the electricity locally. Note I had delayed posting this for almost a week, because I was sure there was an error in the calculations. I finally found one (I had turned a kilowatt into a watt), but let me know if you find other errors or incorrect assumptions. Labels: electric cars, electricity, electricity usage, solar power, solar PV, solar thermal http://i-r-squared.blogspot.com/ A noter, dans l'article suivant, les pensées de Vinod Khosla (un fondateur de Sun Microsystem) sur le fait les voitures hybrides ne vont pas faire une grosse différence. Une citation: "Take San Francisco, for instance. Putting solar cells on anybody's roof is absolutely silly, in a foggy city like San Francisco. If somebody wants to do it with their own money, that' s great. Do it. But don't do it with other people's money." On dirait du lib.org. EDIT: Oops. C'est pour science et techno, pas philo et autres machins inutiles. Pardon.
Sekonda Posté 12 mai 2008 Signaler Posté 12 mai 2008 EDIT: Oops. C'est pour science et techno, pas philo et autres machins inutiles. Pardon. Voilà, j'ai remis avec les sujets vraiment intéressants.
Sous-Commandant Marco Posté 12 mai 2008 Signaler Posté 12 mai 2008 Intéressant. Ca fait seulement 12 m2 de panneaux solaires par habitant. Je comprends mieux pourquoi il y a tant d'entrepreneurs qui se lancent sur ce marché. Mais le plus gros problème reste quand même le stockage. Pourtant, l'essence ça reste un sujet métaphysique. Je ricane.
Ronnie Hayek Posté 12 mai 2008 Signaler Posté 12 mai 2008 Voilà, j'ai remis avec les sujets vraiment intéressants. Béotiens.
Harald Posté 12 mai 2008 Signaler Posté 12 mai 2008 la production électrique de masse le photovoltaïque n’a pas de sens car : * Il nécessiterait des investissements 6,5 fois supérieurs au nucléaire (EPR) pour une disponibilité 8 fois inférieure. * Pour remplacer toutes les centrales nucléaires installées en France par du photovoltaïque, il faudrait investir… 730 milliards d’€, couvrir de cellules photovoltaïques une surface de 730 km² (supérieure de 25% à celle d’un département moyen ) et investir dans une capacité équivalente de centrales thermiques pour produire de l’électricité pendant les heures de non ensoleillement soit 88,6 % du temps d’une année à Paris. (A noter que le besoin en centrales thermique est le même à coté des éoliennes qui ne fonctionnent pas quand il n’y a pas de vent… ou quand il y en a trop !) http://www.ecolo.org/documents/documents_in_french/solaire-PV-chiffres-HN-07.doc
john_ross Posté 12 mai 2008 Signaler Posté 12 mai 2008 Et quelle quantité de pétrole faut-il pour produire une cellule photo-voltaïque?
Nick de Cusa Posté 12 mai 2008 Auteur Signaler Posté 12 mai 2008 Et quelle quantité de pétrole faut-il pour produire une cellule photo-voltaïque? JR met le doigt sur le problème.
john_ross Posté 12 mai 2008 Signaler Posté 12 mai 2008 Sachant que le panneau (photo-voltaïque) a une durée de vie de 25 ans environ, on peut retenir comme ordre de grandeur que la moitié du temps de fonctionnement sert à rembourser l'investissement énergétique de départ. En outre, la production des panneaux solaires va encore connaître des sauts technologiques. Par exemple, avec les technologies dites des couches minces (parce que cela consiste à déposer de très minces couches de semi-conducteur sur un substrat en plastique), la durée de production du panneau qui compense l'énergie dépensée pour sa fabrication pourrait être ramenée à moins de 2 ans, voire à moins d'un an. http://www.manicore.com/documentation/solaire.html En l'état actuel de la technologie (production et stockage) seul le solaire thermique représente un intérêt à grande échelle.
Nick de Cusa Posté 12 mai 2008 Auteur Signaler Posté 12 mai 2008 Je précise que ce que j'aime bien chez Rapier, c'est qu'il montre ses calculs. Ça fait une bonne base de discussion. Dans cet article, il ne dit pas si c'est désirable ou non. Pour interpréter un peu (mais là c'est moi, plus lui), il est peak oiliste et je pense donc qu'il verrait d'un bon œil l'arrivée d'autres sources d'énergie. Ceci dit, il est sans pitié quand les chiffres sont mauvais, comme avec les biocarburants. Et comme il a bossé sur l'éthanol (pas comme barman), sa réaction dès qu'arrive le désormais classique "oui mais bientôt on aura l'éthanol cellulosique / 2e génération" c'est: jusqu'ici, je n'ai jamais vu une solution qui survit à l'étape du scale up labo / usine, donc j'attends qu'on me montre. Bref, il a un esprit sceptique.
andrew Posté 21 mai 2008 Signaler Posté 21 mai 2008 Sachant que le panneau (photo-voltaïque) a une durée de vie de 25 ans environ, on peut retenir comme ordre de grandeur que la moitié du temps de fonctionnement sert à rembourser l'investissement énergétique de départ.En outre, la production des panneaux solaires va encore connaître des sauts technologiques. Par exemple, avec les technologies dites des couches minces (parce que cela consiste à déposer de très minces couches de semi-conducteur sur un substrat en plastique), la durée de production du panneau qui compense l'énergie dépensée pour sa fabrication pourrait être ramenée à moins de 2 ans, voire à moins d'un an. Le temps de retour énergétique des panneaux Pv est de 3 ans en France. si ils se développent en masse, il faut ajouter le TRE des batteries soit au total environ 6 ans http://www.eupvplatform.org/fileadmin/Docu…urs_26_pays.pdf Le PV est pour le moment beaucoup trop couteux. Sans crédit d'impôt et coût de rachat d'edf subventioné, il n'y a aucun intéret à installer du PV. Le coût du kWh PV est d'environ 25/30 c€ Le coût du kWh nucléaire est de 3/4 c€ (le démantèlement n'est certainement pas prix en compte)
Sous-Commandant Marco Posté 21 mai 2008 Signaler Posté 21 mai 2008 […] Le PV est pour le moment beaucoup trop couteux. Sans crédit d'impôt et coût de rachat d'edf subventioné, il n'y a aucun intéret à installer du PV.[…] C'est plus cher que le nucléaire, mais ça rend un service supplémentaire: ça permet d'envisager de se débarrasser de la racaille technocratique et monopolistique qui nous oblige à financer le PCF le CE d'EDF. Je connais des gens qui sont prêts à payer cher pour cela.
Harald Posté 21 mai 2008 Signaler Posté 21 mai 2008 C'est plus cher que le nucléaire, mais ça rend un service supplémentaire: ça permet d'envisager de se débarrasser de la racaille technocratique et monopolistique qui nous oblige à financer le PCF le CE d'EDF. Je connais des gens qui sont prêts à payer cher pour cela. Il y aurait bien moins cher : rééditer l'assaut du siège du comité central le 7 novembre 1956.
john_ross Posté 21 mai 2008 Signaler Posté 21 mai 2008 Le temps de retour énergétique des panneaux Pv est de 3 ans en France.si ils se développent en masse, il faut ajouter le TRE des batteries soit au total environ 6 ans http://www.eupvplatform.org/fileadmin/Docu…urs_26_pays.pdf Le PV est pour le moment beaucoup trop couteux. Sans crédit d'impôt et coût de rachat d'edf subventioné, il n'y a aucun intéret à installer du PV. Le coût du kWh PV est d'environ 25/30 c€ Le coût du kWh nucléaire est de 3/4 c€ (le démantèlement n'est certainement pas prix en compte) Oui exact les 10-15 ans c'est si il y a stockage dans une batterie au plomb. Mais je doute que les calculs de l'ocde tienne compte des pertes liés au redressement en 220 V afin de revendre l'électrcité à EDf.
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