Optimiser la gestion de l'énergie sur les bateaux
Améliorer l'équilibre de puissance entre les générateurs et les batteries pour les opérations maritimes.
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Table des matières
Gérer l'énergie sur les bateaux, c'est pas toujours simple, surtout avec la nouvelle technologie et les besoins en énergie qui explosent. Les bateaux doivent jongler entre l'énergie des générateurs et des batteries pour répondre aux besoins de différents équipements. Cet article propose une méthode pour améliorer la gestion de l'énergie sur les bateaux en tenant compte de la façon dont la durée de vie des batteries diminue lorsqu'elles sont utilisées.
Besoins en Énergie sur les Bateaux
Les bateaux modernes utilisent souvent du matos avancé qui demande beaucoup d'énergie rapidement. Par exemple, des trucs comme les canons à rail et les systèmes radar ont besoin de pics d'énergie que les générateurs traditionnels galèrent à fournir. Ces générateurs ont des limites sur la rapidité avec laquelle ils peuvent augmenter leur puissance, ce qui complique le système énergétique global du bateau.
Comme beaucoup de bateaux ont pas beaucoup de place, ajouter plus de générateurs pour gérer ces besoins élevés en énergie n'est pas toujours faisable. C'est là que les systèmes de Stockage d'énergie, comme les batteries, entrent en jeu. Les batteries peuvent fournir rapidement l'énergie supplémentaire pendant les pics de demande sans nécessiter de changements importants dans l'infrastructure existante.
Le Rôle du Stockage d'Énergie
Les systèmes de stockage d'énergie, comme les batteries, sont super importants pour aider les bateaux à gérer leurs besoins en énergie plus efficacement. Pendant les opérations normales, les batteries peuvent stocker de l'énergie, qui peut ensuite être utilisée rapidement quand c'est nécessaire. En intégrant ces systèmes dans la gestion de l'énergie du bateau, on peut améliorer le rendement global et l'adaptabilité.
Cependant, utiliser des batteries a ses inconvénients. Les batteries ne durent pas éternellement, et leur efficacité diminue avec le temps à cause d'une utilisation régulière. Cette dégradation peut influencer leur capacité à fournir de l'énergie quand c'est besoin. Donc, il est essentiel de gérer à la fois les besoins en énergie du bateau et la santé des batteries pour garantir un fonctionnement optimal.
Stratégie de Gestion de l'Énergie
Pour relever ces défis, des chercheurs ont mis au point une stratégie de gestion de l'énergie qui se concentre sur l'optimisation de l'utilisation des générateurs et des batteries. Cette stratégie vise à tirer le maximum d'efficacité des générateurs tout en minimisant l'usure des batteries.
Le cœur de cette stratégie consiste à prendre des décisions en temps réel sur la quantité d'énergie à tirer de chaque source en fonction de la demande actuelle. En équilibrant l'approvisionnement en énergie des générateurs et des batteries, le système peut réagir à des hausses soudaines des besoins en énergie tout en protégeant les batteries d'une utilisation excessive.
Composants Clés de la Stratégie
Surveillance des Niveaux d'Énergie : Le système vérifie en continu combien d'énergie est utilisée et quelle est la capacité restante des batteries. Cette surveillance est cruciale pour prendre des décisions éclairées sur la distribution de l'énergie.
Contrôle Prédictif : La stratégie utilise des méthodes de contrôle prédictif pour anticiper les besoins en énergie. En analysant l'utilisation actuelle et passée de l'énergie, le système peut prévoir les demandes et préparer les générateurs et batteries à répondre efficacement.
Gestion de la Santé des Batteries : Pour prolonger la durée de vie des batteries, le système intègre des mesures pour limiter la quantité d'énergie tirée d'elles. En réduisant la puissance totale extraite, la stratégie vise à ralentir la dégradation des batteries.
Ajustements en temps réel : Au fur et à mesure que les conditions changent, comme les fluctuations des besoins en énergie ou des niveaux de batteries, le système peut ajuster la distribution de l'énergie pour garantir un fonctionnement stable.
Test de la Stratégie
L'efficacité de cette stratégie de gestion de l'énergie a été testée à l'aide d'un modèle de système d'énergie à bord d'un bateau. Ce modèle comprenait un générateur, une batterie et une charge (ou appareil consommateur d'énergie). Les tests visaient à voir à quel point la stratégie pouvait équilibrer les besoins énergétiques tout en préservant la santé de la batterie.
Pendant les tests, différents scénarios ont été lancés pour simuler divers besoins d'énergie. Les résultats ont montré que la stratégie pouvait gérer les besoins énergétiques tout en maintenant la santé de la batterie. Par exemple, lorsque les besoins en énergie ont explosé, le système a efficacement utilisé à la fois le générateur et la batterie pour répondre aux exigences sans surcharger l'un ou l'autre.
L'Impact des Facteurs de Pondération
Un aspect important de la stratégie de gestion de l'énergie est la façon dont elle évalue différents facteurs. Le système peut être ajusté pour prioriser soit l'efficacité du générateur, soit la santé de la batterie, en fonction des besoins spécifiques à ce moment-là.
Quand l'accent est mis sur l'efficacité du générateur, plus d'énergie est tirée du générateur, ce qui peut augmenter l'utilisation de la batterie. C'est adapté quand la production d'énergie immédiate est critique, comme durant des opérations à enjeux élevés.
Inversement, quand la santé de la batterie est priorisée, le système tire moins d'énergie de la batterie, ce qui peut entraîner une dépendance plus fréquente au générateur. Cette approche est bénéfique durant les opérations normales, où la longévité de la batterie est cruciale pour les performances globales.
Conclusion
En résumé, l'intégration des systèmes de batteries dans la gestion de l'énergie à bord des bateaux présente des opportunités et des défis. Une stratégie de gestion de l'énergie bien conçue peut équilibrer les besoins énergétiques immédiats d'équipements avancés tout en préservant la durée de vie des batteries. Les tests effectués sur cette approche montrent des résultats prometteurs, soulignant l'importance d'une surveillance continue et de stratégies adaptatives dans les systèmes énergétiques modernes des bateaux.
En se concentrant à la fois sur l'efficacité et la santé des batteries, les bateaux peuvent améliorer leurs capacités opérationnelles, assurant qu'ils répondent efficacement aux demandes d'énergie sans compromettre la longévité de leurs systèmes de stockage d'énergie. À mesure que la technologie progresse, de telles stratégies deviendront sûrement essentielles pour garantir que les bateaux peuvent fonctionner en toute sécurité et efficacement dans diverses conditions.
Titre: Distributed Model-Predictive Energy Management Strategy for Shipboard Power Systems Considering Battery Degradation
Résumé: With the integration of loads such as pulse power loads, a new control challenge is presented in meeting their high ramp rate requirements. Existing onboard generators are ramp rate limited. The inability to meet the load power due to ramp rate limitation may lead to instability. The addition of energy storage elements in addition to the existing generators proves a viable solution in addressing the control challenges presented by high ramp rate loads. A distributed energy management strategy maximizing generator efficiency and minimizing energy storage degradation is developed that facilitates an optimal adaptive power split between generators and energy storage elements. The complex structure of the energy storage degradation model makes it tough for its direct integration into the optimization problem and is not practical for real-time implementation. A degradation heuristic to minimize absolute power extracted from the energy storage elements is proposed as a degradation heuristic measure. The designed strategy is tested through a numerical case study of a consolidated shipboard power system model consisting of a single generator, energy storage element, and load model. The results show the impact of the designed energy management strategy in effectively managing energy storage health.
Auteurs: Satish Vedula, Seyyed Shaho Alaviani, Olugbenga Moses Anubi
Dernière mise à jour: 2024-07-29 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2407.14917
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2407.14917
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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