Que sont les navires hybrides ?

Tout comme leurs conceptions, la façon dont les navires sont propulsés a subi plusieurs changements au fil des générations. Depuis les jours primitifs de l’utilisation de grandes voiles portées par le vent jusqu’aux navires à propulsion nucléaire, l’évolution est souvent un sujet de grand intérêt et d’introspection pour les passionnés de la mer.

Au cours des deux derniers siècles, le charbon, puis le mazout, ont été les principales sources d’énergie pour la propulsion, permettant aux bêtes de somme des mers de devenir plus grandes et plus avancées, transcendant les frontières interocéaniques et voyageant pendant des jours entiers.

Les navires à propulsion diesel restent la forme la plus courante de navires dans le monde. Cependant, ces derniers temps, parmi divers développements dans le domaine de la propulsion, la propulsion hybride est un concept émergent bien accueilli par beaucoup et qui devrait gagner en popularité dans les années à venir.

Bien que les avantages de ce mode de propulsion de plus en plus populaire dans le monde du transport maritime soient multiples (nous en parlerons ensuite), l’un des principaux sujets de préoccupation à partir duquel son adoption est encouragée à un rythme accéléré est la pollution.

Inutile de dire que la pollution due aux émissions de carbone est l’un des plus grands défis auxquels l’industrie de plusieurs billions de dollars est confrontée.

Selon les rapports, le transport maritime représente à lui seul plus de 15 % de la pollution carbonée et nitreuse (émissions de NOX en termes techniques) et près de 10 % des autres gaz nocifs comme le soufre.

Une autre recherche alarmante affirme qu’un grand pétrolier ou un porte-conteneurs fonctionnant au diesel conventionnel peut émettre des polluants nocifs équivalents à 50 millions de voitures au cours de sa durée de vie opérationnelle !

Au cours des dernières années, l’Organisation maritime internationale (OMI), en collaboration avec des organismes gouvernementaux du monde entier, des autorités, des préoccupations statutaires, des organismes de classification et les différentes parties prenantes de l’industrie elle-même, a été complètement absorbée par le développement, la propagation et la mise en œuvre de plusieurs moyens réduire les niveaux d’émissions des navires.

Il y a eu un certain succès, mais étant donné le nombre croissant de flottes dans le monde, il reste encore beaucoup à faire.

Certaines étapes cruciales dans la quête de réduction des émissions ont été l’exigence stricte de conformité à des normes techniques telles que l’EEDI (Energy Efficiency Design Index) ou l’EEXI (Energy Efficiency Existing Ship Index), l’utilisation de carburants et de gaz à faible teneur en soufre, le nettoyage et la filtration des gaz d’échappement. , l’utilisation de types de diesel de meilleure qualité, des moteurs plus efficaces et à faible consommation, et bien sûr, une préférence croissante pour les carburants alternatifs comme le GNL.

Parlons maintenant plus de la propulsion hybride.

Que sont les navires hybrides et comment fonctionnent-ils ?

Les navires hybrides, comme leur nom l’indique, sont simplement des navires conçus et construits pour utiliser une combinaison de moyens de propulsion alternatifs principalement à partir d’un moteur à essence ou à carburant conventionnel et également à partir de sources électriques dérivées de moyens rechargeables comme les batteries.

Le concept est analogue aux voitures électriques qui sont désormais proches de dominer le secteur automobile dans quelques années.

Encore une fois, comme on l’a dit, les navires hybrides ne sont pas entièrement électriques et sont en « coexistence » avec un moteur. Ainsi, pour un besoin de puissance donné, l’alimentation se fait par le moteur ainsi qu’en complément par la source batterie.

De plus, pour plusieurs opérations peu gourmandes en énergie comme les manœuvres dans les ports, les manœuvres dans un quai ou un terminal, ou simplement en état de veille, l’alimentation peut être entièrement réalisée à partir des batteries elles-mêmes.

navire hybride

À ce stade, une chose très importante à noter est que la propulsion hybride ou hybride les navires ne sont pas les mêmes que la propulsion diesel-électriqueun concept beaucoup plus ancien et commun à plusieurs navires grand public depuis plus d’un siècle.

La propulsion diesel-électrique n’est rien d’autre qu’un type de système de propulsion conventionnel où la puissance générée par le moteur principal est simplement convertie en énergie électrique par des générateurs et est utilisée pour faire fonctionner l’arbre porte-hélice au lieu d’un entraînement mécanique direct dans la propulsion diesel conventionnelle.

Au contraire, la propulsion hybride, comme mentionné ci-dessus, fait allusion à un navire qui a une combinaison de capacités d’alimentation à partir d’un système de propulsion traditionnel ainsi qu’un moyen supplémentaire ou excédentaire principalement sous la forme de batteries rechargeables.

Essentiellement, les moyens d’alimentation supplémentaires sous forme de batteries peuvent être utilisés de deux manières :

JE) Compléter les exigences à plein fonctionnement et service et permettant au moteur principal de fonctionner dans les limites de la norme sans pointes inutiles.

En termes techniques, c’est ce qu’on appelle le « pic d’écrêtage » qui, en termes simples, fait référence à la gestion des demandes soudaines et dynamiques en matière de besoins en énergie.

Ainsi, pour les navires hybrides en pleine exploitation, chaque fois qu’il y a une demande de pointe soudaine en puissance due à une situation telle que l’augmentation de la vitesse pour réduire le temps de voyage ou contrer les intempéries en mer, le moteur principal ou le système de propulsion ne subit pas de grandes quantités de chargement car ce besoin de puissance supplémentaire peut être compensé à ce moment par les moyens alternatifs donnés. Ainsi, le moteur principal continue de fonctionner dans le régime optimal.

II) Répondre à toutes les exigences de charge du navire dans des situations de faible puissance, comme mentionné ci-dessus. Pour les navires dédiés à des domaines tels que l’offshore ou la recherche, où il existe un degré important d’opérations à faible puissance, le navire étant positionné à un seul endroit.

Pour plusieurs conceptions modernes, l’énergie de la batterie est entièrement ou partiellement utilisée pour des technologies telles que le DPS ou les systèmes de positionnement dynamique ou les propulseurs, et pour diverses autres opérations telles que la grue de pont, l’équipement de fret, le pompage, la climatisation, ainsi que pour les charges d’hôtel (interne besoins en énergie électrique pour les opérations quotidiennes à bord d’un navire). Lorsque la charge de la batterie remplace entièrement ou remplace la charge du moteur principal, on parle de « réserve de rotation ».

Les navires hybrides ont des mécanismes pour basculer entre les deux moyens d’alimentation ou déployer les deux alimentations simultanément selon les besoins.

Bien que nous n’entrions pas dans les détails des batteries, il s’agit généralement de batteries industrielles à usage intensif, principalement de type Lithium-ion. Ces batteries ont les moyens de fournir des milliers de kilowatts d’énergie en cycles continus en fonction des besoins et de la taille du navire.

La plupart de ces batteries fonctionnent au moyen d’une connexion combinée série-parallèle de sorte qu’une alimentation adéquate peut être fournie à partir d’une seule ligne d’alimentation et que lorsque l’une des lignes tombe en panne, les autres peuvent continuer leur alimentation sans être affectées. Vous souvenez-vous de la connexion série-parallèle de vos cours de physique élémentaire ?

Maintenant, la question importante se pose : comment ces batteries sont-elles rechargées de temps en temps ? Cela nous amène à deux types d’arrangements qui existent couramment dans les navires hybrides :

Navire hybride rechargeable : Ceci est analogue à une voiture hybride rechargeable qui peut recharger ses batteries à une station à l’aide d’unités de recharge. De même, les navires hybrides rechargeables chargent leurs batteries lorsqu’ils se trouvent dans un quai ou un terminal utilisant l’alimentation à quai. Cette énergie est stockée dans les batteries. Ces navires ne sont essentiellement pas très courants dans les opérations à très longue distance car la charge stockée dans les condensateurs des batteries ne peut être utilisée que pendant un nombre limité de jours et encore une fois, il y a une exigence de charge.

Navires hybrides conventionnels : Ces navires ne nécessitent pas de recharge de routine à terre. Les batteries peuvent être rechargées à l’aide de générateurs, d’alternateurs et d’autres moyens utilisant la puissance dérivée du moteur principal ou des moteurs auxiliaires. Il s’agit d’un agencement interdépendant dans lequel les batteries dépendent des moteurs conventionnels pour la recharge et l’exigence de charge élevée ou de pointe du ou des moteurs est partagée par la puissance de la batterie.

Souvent, la recharge a lieu dans des situations de faible puissance lorsque le moteur tourne à une charge optimale et que l’énergie excédentaire générée est utilisée pour charger les batteries. Cette disposition est avantageuse pour les navires long courrier.

Plusieurs navires dans une large gamme de tailles utilisent l’énergie hybride, où généralement l’entraînement diesel direct est utilisé à haute puissance et simplement l’alimentation électrique des batteries est utilisée à faible puissance. Au fur et à mesure que la situation l’exige, une combinaison des deux peut également être utilisée comme décrit ci-dessus.

Les navires hybrides peuvent être quelque chose d’aussi petit qu’un ferry côtier ou quelque chose d’aussi gros qu’un navire de soutien offshore. La puissance de la batterie installée doit être proportionnelle à la taille du navire ainsi qu’aux exigences générales de charge ou de consommation électrique du navire.

Donc, cela signifie que pour une taille et un moteur donnés d’un navire hybride, l’agencement de la batterie doit être tel que la puissance électrique minimale qu’il est capable de produire soit suffisante pour prendre en charge les charges de pointe maximales dans les pires scénarios en complétant la charge du moteur sans la faire dépasser la limite nominale, et également répondre aux exigences opérationnelles à faible puissance comme souhaité.

Par conséquent, pour une conception et une fonctionnalité données d’un navire hybride, la sélection du moteur principal, ainsi que les exigences d’alimentation par batterie, doivent être effectuées en tandem.

Bien que plusieurs nouveaux navires soient construits avec des capacités hybrides, de nombreux navires anciens et existants sont également modernisés pour être hybrides. Le grand navire de ravitaillement Viking Energy, construit en 2003 en tant que navire bi-carburant (diesel et GNL), a récemment été modernisé pour devenir un navire hybride rechargeable en installant un système de batterie de 1600 KW à bord.

Avantages des navires hybrides et la voie à suivre

Désormais, l’aspect le plus important de tout sujet lié aux navires hybrides ou à la propulsion hybride est la prise en compte des avantages qu’ils ont à offrir.

Outre le léger inconvénient d’être un peu cher pour les plus gros navires lors de l’installation (ce qui est cependant éclipsé par les économies qui en résultent par une marge énorme pendant le service), les avantages des navires hybrides sont les principales raisons pour lesquelles ils séduisent les armateurs et les opérateurs. autour du monde.

navires hybrides

  • Le premier et le plus grand avantage de la propulsion hybride est la consommation de carburant. Les installations hybrides réussies ont montré des économies de carburant de l’ordre de 15 à 20 % par rapport à la propulsion diesel uniquement traditionnelle. Le nombre a également augmenté jusqu’à 30% pour les navires de plus petite taille. Même parmi les grands navires, Viking Energy a été signalé pour économiser du carburant jusqu’à 25 à 28 % à certains moments et est déjà devenu un nom exemplaire dans le domaine de la propulsion hybride. Les économies de consommation de carburant peuvent être attribuées à un mode de fonctionnement entièrement électrique dans les situations de faible puissance ainsi qu’à l’absorption des charges de pointe et au maintien du moteur dans des limites optimales sans surtensions inutiles, comme décrit ci-dessus. Cela équivaut à une quantité substantielle d’économies d’énergie et, par conséquent, est très pratique pour les propriétaires et les opérateurs sans compromettre l’efficacité opérationnelle.
  • Pour les mêmes raisons décrites dans le point ci-dessus, cela apporte un autre avantage très crucial sous la forme de moins d’émissions. Comme mentionné au début de cet article, une consommation de carburant efficace équivaut à une réduction des niveaux d’émissions de carbone et d’autres émissions nocives. Selon le type de navire, la réduction des émissions et de la décarbonisation a été de l’ordre de 20 à 30 %, ce qui représente une amélioration significative. Respectueux de l’environnement, les navires hybrides sont donc de plus en plus acceptés.
  • Efficacité propulsive: Un moteur fonctionnant à charge optimale est toujours l’une des références de l’efficacité propulsive.
  • La flexibilité: Possibilité de basculer entre les modes d’alimentation à tout moment selon les besoins et d’avoir également une sauvegarde électrique fiable lorsque la source d’alimentation principale est affectée.
  • Moins de bruit et de vibrations par rapport à la propulsion conventionnelle.

La propulsion hybride est sans aucun doute l’un des développements pionniers dans le secteur maritime. Bien que plusieurs navires soient construits en tant que navires hybrides et que les navires plus anciens soient souvent modernisés pour se conformer aux normes d’efficacité énergétique, il reste encore beaucoup à faire. Il a définitivement un avenir très brillant et plus vert devant lui.

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Avertissement: Les opinions des auteurs exprimées dans cet article ne reflètent pas nécessairement les vues de Marine Insight. Les données et les graphiques, s’ils sont utilisés, dans l’article proviennent des informations disponibles et n’ont été authentifiés par aucune autorité statutaire. L’auteur et Marine Insight ne prétendent pas qu’il soit exact et n’acceptent aucune responsabilité à cet égard. Les points de vue ne constituent que des opinions et ne constituent pas des lignes directrices ou des recommandations sur une ligne de conduite à suivre par le lecteur.

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