Rentabilité et rendement

Véhicules routiers

Les véhicules au gaz naturel présentent des caractéristiques de rendement (puissance et couple) similaires à celles des véhicules au diesel et à essence. Malgré la faible densité énergétique du gaz naturel, son utilisation résulte en une consommation de carburant équivalent légèrement plus élevée. En ce qui concerne les véhicules à bicarburation, ces derniers utilisent l’essence au démarrage mais peuvent passer à un fonctionnement entièrement au gaz naturel par la suite.

En Amérique du Nord, Cummins Westport (CWI) est le chef de file dans la production de moteurs fonctionnant à 100 % au gaz naturel – gaz naturel comprimé (GNC), gaz naturel liquéfié (GNL) ou gaz naturel renouvelable (GNR). En ce moment, CWI compte plus de 80 000 moteurs au gaz naturel en service dans le monde entier. Ceux-ci comprennent des applications de 6 à 12 litres pour les autobus scolaires, les véhicules de transport en commun et les camions. Les moteurs de CWI sont fondés sur les plateformes de moteur diesel de Cummins, construits de façon à offrir une durabilité et un rendement équivalents.

Les technologies de mélange du gaz naturel et du diesel permettent d’utiliser l’allumage par compression plutôt que par étincelle. Les différentes technologies utilisées peuvent être réparties en deux types distincts. Le premier consiste en un processus d’injection haute pression, comme les technologies d’injection haute pression directe Westport. Le second consiste en une technologie d’injection à basse pression. Dans le cas de l’injection haute pression, l’objectif est de limiter l’utilisation du diesel à une source d’allumage par veilleuse – éliminant la nécessité d’utiliser des bougies d’allumage – avec une substitution directe du diesel dans l’ensemble du cycle de combustion. L’avantage de cette technologie est qu’elle permet au gaz naturel d’offrir un rendement équivalent à celui du diesel.

Les technologies des mélanges à basse pression ne peuvent pas déplacer la même proportion de carburant diesel et, par conséquent, auront recours au diesel pour une plus grande partie du cycle de fonctionnement. L’expérience avec les technologies des mélanges pour les véhicules routiers est relativement variée, alors que différents concepteurs soutiennent avoir observé toute une gamme de rendements divers. Étant donné que les technologies des mélanges ne s’appliquent pas aux véhicules au gaz naturel seulement, la possibilité d’utiliser deux types de carburant offre certains avantages. Ces technologies peuvent plaire aux propriétaires de parcs de véhicules qui pourraient avoir besoin d’une plus grande flexibilité en matière de carburant ou qui ne souhaitent pas remplacer leurs véhicules mais en prolonger l’utilisation, tout en réalisant des améliorations au niveau de l’environnement et des coûts résultant de l’utilisation partielle du gaz naturel comme carburant.

La liste suivante comprend des liens à des concepteurs de technologies de mélanges de carburants. Communiquez directement avec des concepteurs pour en savoir plus sur les améliorations du rendement propres aux applications particulières de leurs parcs de véhicules.

Véhicules marins

Le gaz naturel est une option de carburant prometteuse pour le secteur maritime du Canada. Toutes les technologies nécessaires pour utiliser le gaz naturel comme carburant marin sont éprouvées et disponibles sur le marché.

Les navires circulant dans nombre de régions dans le monde entier ont besoin d’une certaine flexibilité en ce qui concerne le type de carburant qu’ils peuvent utiliser. C’est pourquoi les technologies à deux carburants ou à carburants multiples sont fréquemment utilisées. L’ajout du gaz naturel à la liste de carburants marins utilisables a occasionné un important développement, tant dans les moteurs uniquement au gaz naturel que les moteurs bicarburant.

La majorité des constructeurs de moteurs marins ont opté pour des technologies de mélanges similaires à celles utilisées dans les moteurs routiers. Ces moteurs utilisent un carburant à base de pétrole comme source de veilleuse ou d’allumage et peuvent habituellement utiliser de multiples carburants. Un nombre limité de moteurs uniquement au gaz naturel sont disponibles sur le marché maritime en ce moment.

L’expérience dans le secteur maritime montre que le rendement des moteurs au gaz naturel équivaut à celui des moteurs à carburant à base de pétrole. Certains navires utilisent un entraînement direct; toutefois, la propulsion électrique est assez courante avec les moteurs à combustion utilisés comme génératrices. C’est pourquoi la majorité des applications marines sont axées sur les kilowattheures de production par volume de carburant requis, plutôt que sur les litres par 100 kilomètres parcourus comme mesures du rendement et de l’efficacité.

Pour en savoir plus :

Véhicules ferroviaires

Le gaz naturel est aussi un carburant prometteur pour les applications ferroviaires.

Les locomotives actuelles peuvent être converties pour utiliser le gaz naturel comme carburant, ayant recours au diesel comme source de veilleuse ou d’allumage. Des caractéristiques de rendement similaires, comme ceux des véhicules routiers, ont été observées, tant avec les technologies d’injection à haute pression qu’à basse pression. Il importe de noter que les conversions de locomotives ne sont pas les mêmes que pour les moteurs routiers. L’injection directe à haute pression a été utilisée dans les conversions avec des résultats favorables.

En Amérique du Nord, deux fabricants d’équipement d’origine offrent des moteurs de locomotive neufs et réalimentés. General Electric a mis au point un ensemble locomotive au gaz naturel qui a été mis sur le marché. Progress Rail, une entreprise de Caterpillar, a également mis au point une version au gaz naturel de ses moteurs de locomotives. Dans le cas de Progress Rail, la technologie partage un certain nombre de caractéristiques avec le moteur de camion lourd de transport minier au gaz naturel de Caterpillar.

Véhicules hors route

Le GNL convient parfaitement aux véhicules hors route comme les camions miniers en raison de la grande utilisation de carburant de ces derniers et des avantages environnementaux et économiques qu’offre le gaz naturel. Les conversions au gaz naturel pour les applications hors route ont été limitées à un petit nombre d’applications. À l’extrémité la plus vaste du spectre, les camions de transport minier ont suscité une grande attention. De façon similaire, la nouvelle réglementation sur les émissions pour les véhicules hors route (exigences du niveau 4 de l’Environmental Protection Agency des États-Unis) fait du gaz naturel une option intéressante pour se conformer à la réglementation.

Les camions lourds de transport minier ont été au premier plan de ce segment de l’industrie. Avec les grands volumes de carburant utilisés, l’industrie minière s’intéresse au potentiel de réduction des coûts et des émissions de carburant.

Lien à l’étude du CNRC sur les camions miniers

Rentabilité

Le gaz naturel comme carburant de transport est habituellement de 10 à 20 % moins dispendieux que le diesel et l’essence en raison du plus faible coût de produit du gaz naturel.

Pour bien comprendre la distance et le temps de fonctionnement des véhicules alimentés au gaz naturel il faut regarder du côté de la densité énergétique. Si du GNC est utilisé, environ quatre fois le volume de stockage de carburant sera nécessaire, et si du GNL est utilisé, environ le double de ce volume sera nécessaire. En termes pratiques, cela force les parcs de véhicules à réfléchir à la façon dont les véhicules sont utilisés, à l’endroit où le carburant supplémentaire pourrait être stocké et à la fréquence à laquelle il faudrait faire le plein des véhicules.

Par exemple, les autobus urbains utilisant du gaz naturel peuvent fonctionner pour une journée complète avec du carburant stocké à bord et les camions grands routiers peuvent être équipés de réservoirs de GNC leur donnant une distance d’autonomie de 1 200 kilomètres. En choisissant un stockage à bord moins élevé et des remplissages de carburant plus fréquents, on peut réduire les frais initiaux et accroître la rentabilité. Les parcs de véhicules devraient donc opter pour la distance d’autonomie qui répondra le mieux à leurs besoins opérationnels.

Le GNL a également été utilisé dans le transport routier, mais l’expérience à plus long terme s’appuie sur les applications marines, où des pétroliers utilisent les évaporations de gaz pour alimenter leurs moteurs. Pour ce qui est des applications routières, le GNL offre d’importants avantages en fait de distance. Le choix de réservoirs plus grands pour accueillir le GNL peut être un moyen rentable d’augmenter la distance d’autonomie et de réduire le temps associé au remplissage de carburant. Dans les applications ferroviaires et marines, un autre facteur peut être pris en considération pour déterminer les possibilités en fait de rentabilité. En passant au gaz naturel, les parcs de véhicules peuvent repenser à leur approvisionnement en carburant et peut-être d’autres moyens de réaliser des économies.

Estimation des possibilités en fait de rentabilité

Pour calculer la rentabilité, les éléments suivants peuvent être pris en considération :

Le type de véhicule à convertir ou à remplacer
- Pour comprendre les options au niveau des véhicules routiers, il faut savoir quels nouveaux véhicules sont disponibles et être prêt à utiliser des technologies de rechange. Les deux plus importants coûts découleront de la modernisation du moteur et du stockage du carburant.
- Les options au niveau des véhicules marins dépendront des besoins du parc de véhicules.
- Pour ce qui est des locomotives, il faudra choisir des options qui permettront de se conformer à la nouvelle réglementation sur les émissions. De plus amples économies peuvent être réalisées en apportant différentes modifications aux moteurs.
- Les options pour les véhicules routiers seront liées aux options de remplissage de carburant disponibles ainsi qu’à la pression exercée par le public pour réduire les émissions dans les zones urbaines.
La consommation de carburant anticipée
- Une fois que le propriétaire aura choisi les véhicules devant être convertis ou remplacés, il lui sera plus facile d’anticiper la consommation de carburant.
- Une fois que la quantité de carburant nécessaire sera connue, les besoins en matière de stockage de carburant à bord et de remplissage de carburant pourront être déterminés, de même que les coûts associés.
- Le type de gaz naturel qui sera utilisé – GNL ou GNC – aura également une incidence sur la consommation de carburant, le stockage de carburant à bord et les habitudes de remplissage de carburant.
Scénarios de remplissage de carburant
- Trouver les bons fournisseurs de carburant peut avoir une incidence importante sur la réussite du remplacement de carburant pour un parc de véhicules. En règle générale, plus le volume de carburant qu’utilise un parc de véhicules est grand, plus nombreuses seront les options.
- Le remplissage de carburant public et semi-public sont limité, avec les options peu nombreuses au Canada.
- Les options de remplissage de carburant dans les secteurs maritime et ferroviaire font l’objet de discussions, ce qui pourrait avoir des répercussions très favorables pour les utilisateurs précoces. Les installations construites spécialement pour le remplissage de carburant sont la norme, exigeant des partenariats avec les fournisseurs de carburant.
Modernisations ou modifications des installations
- S’assurer que les installations d’entreposage et d’entretien des véhicules répondent aux exigences pour le carburant gazeux est un facteur important à considérer.
- Ces coûts supplémentaires doivent être bien compris et doivent être inclus dans tout scénario de rentabilité.

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