Avancées dans la gestion de l'énergie pour les bateaux 100% électriques

Ces dernières années, les bateaux adoptent des systèmes d'alimentation plus modernes. Ces systèmes incluent la propulsion électrique et le stockage de batterie. On les appelle des bateaux entièrement électriques (AES). Comme les bateaux dépendent de plus en plus de l'électricité, gérer l'énergie devient crucial pour leur fonctionnement. Le défi est de trouver un équilibre entre l'énergie utilisée par différents systèmes et de s'assurer que l'énergie est toujours disponible.

Une des stratégies pour améliorer la gestion de l'énergie est d'utiliser des Systèmes de stockage d'énergie (ESS). Ces systèmes aident à gérer l'offre et la demande d'énergie, surtout lors de situations inattendues comme des pannes de générateur. Il existe différents types d'ESS, y compris les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) et les systèmes de stockage d'énergie à super-condensateur (SCESS). Chaque type a ses propres atouts. Le BESS est bon pour une fourniture d'énergie stable et à long terme, tandis que le SCESS est mieux adapté pour des pics rapides d'énergie.

#Pourquoi la gestion de l'énergie est importante

Les Systèmes de gestion de l'énergie (EMS) sont essentiels pour garder l'énergie fluide. Ils s'attaquent à réduire le gaspillage d'énergie et à s'assurer que les systèmes les plus critiques ont toujours assez de puissance. Ces systèmes ont plusieurs objectifs, mais les principaux sont de minimiser la quantité d'énergie qui est coupée (charger des charges) et de gérer efficacement les différents types de stockage d'énergie.

Sur un bateau, l'énergie provient de générateurs qui peuvent varier dans leur capacité à produire de l'énergie rapidement. Cette variabilité signifie que quand la demande d'énergie augmente soudainement, ça peut causer des problèmes. Utiliser le BESS et le SCESS ensemble aide à créer un équilibre dans le flux d'énergie. En comprenant les caractéristiques de chaque type de stockage, un EMS peut établir un planning qui optimise l'utilisation de l'énergie.

#Le passage aux bateaux entièrement électriques

Les bateaux d'aujourd'hui tendent à devenir entièrement électriques. Ce passage implique d'utiliser des technologies avancées comme des moteurs électriques et des systèmes intelligents pour gérer l'énergie. Bien que ces systèmes aident à réduire l'utilisation de carburant et à mieux gérer les demandes d'énergie, ils présentent aussi des défis. Sans connexions appropriées à d'autres systèmes de puissance, les bateaux entièrement électriques peuvent faire face à des risques, surtout si un générateur tombe en panne.

Pour contrer cela, intégrer des ESS comme sources de secours est essentiel. Ces systèmes peuvent aider à combler les lacunes lorsque la production d'énergie diminue, assurant que le bateau peut continuer à fonctionner sans interruption.

#Types de systèmes de stockage d'énergie

Les ESS sur les bateaux peuvent être regroupés selon certaines caractéristiques. Le premier groupe inclut des systèmes qui ont une densité d'énergie élevée mais une faible densité de puissance. Le BESS fait partie de cette catégorie, car il peut fournir de l'énergie sur de longues périodes. Le deuxième groupe, SCESS, a une haute densité de puissance et une faible densité d'énergie, ce qui le rend adapté pour les courtes rafales.

Sur les bateaux, on trouve diverses charges, allant des charges de service régulières à des demandes de puissance élevées. Une approche hybride qui utilise à la fois BESS et SCESS peut améliorer l'efficacité globale du système électrique du bateau. Le BESS peut gérer les charges de service quotidiennes, tandis que le SCESS peut s'occuper des pics soudains de demande de puissance.

#Défis des techniques de gestion actuelles

Plusieurs approches ont été développées pour gérer les ESS. Certaines études se concentrent sur des techniques de contrôle flou pour gérer efficacement le système hybride. Ces techniques peuvent traiter des signaux pour savoir quand charger ou décharger de l'énergie. Cependant, beaucoup de méthodes existantes ne traitent pas des pénuries d'énergie à long terme.

Les contrôles prédictifs de modèle ont été un choix populaire dans les systèmes traditionnels. Ils aident à gérer les ESS en optimisant leur utilisation en fonction de la demande prévue. Cependant, ces méthodes supposent souvent qu'il y a assez de capacité de production, ce qui peut rendre les bateaux vulnérables pendant les pénuries d'énergie.

Pour protéger contre les pannes, le délestage devient nécessaire. Cela signifie fermer des systèmes non essentiels pour que les opérations critiques puissent continuer. Un EMS orienté vers la résilience est essentiel pour un fonctionnement efficace, prenant en compte les caractéristiques spécifiques des générateurs et des systèmes de stockage.

#Résilience dans les systèmes électriques

La résilience dans les systèmes électriques des bateaux c'est maintenir les opérations même quand la production d'énergie est faible. Quand il faut conserver de l'énergie, les charges sont priorisées selon leur importance. Il y a trois catégories : vital, semi-vital et non-vital. L'objectif est de couper les charges non vitales en premier pour garder les fonctions essentielles en marche.

Il y a deux approches principales pour améliorer la résilience : centralisée et décentralisée. Les systèmes centralisés ont un seul centre de contrôle, ce qui facilite la gestion mais peut être lourd en calcul. D'un autre côté, les approches décentralisées distribuent la responsabilité sur plusieurs contrôleurs mais peuvent souffrir de problèmes de communication.

#Avancées récentes dans la gestion de l'énergie

Des recherches récentes se sont concentrées sur l'amélioration de l'EMS pour les bateaux. De nouvelles méthodes comme l'optimisation horizon décroissant (RHO) peuvent aider à équilibrer la coordination entre différents systèmes de stockage d'énergie. Contrairement aux anciennes méthodes qui géraient tout d'un coup, RHO divise la tâche en sections plus petites et plus gérables. Cela facilite les ajustements aux besoins en temps réel sans surcharger le système.

Avec cette méthode, l'EMS collecte des données sur les besoins en énergie et les niveaux de stockage, analyse les informations, et crée un plan optimisé. Le meilleur dans le RHO, c'est qu'il peut s'adapter rapidement aux changements, ce qui est crucial pour les bateaux qui subissent des demandes de puissance variables.

#Contraintes pratiques dans la gestion de l'énergie

Lors de la conception d'un EMS, il faut prendre en compte les contraintes pratiques. Par exemple, l'état de charge (SoC) à travers différents ESS devrait être équilibré. Si un type de stockage est faible en énergie tandis qu'un autre est plein, cela peut entraîner des inefficacités. Le système doit gérer ces niveaux avec soin pour s'assurer que tous les types de stockage sont prêts quand on en a besoin.

Un autre facteur est la priorisation des différents types de stockage d'énergie. Par exemple, le SCESS pourrait être chargé de gérer les pics de puissance soudains, tandis que le BESS soutient les demandes d'énergie régulières. Coordonner ces systèmes de manière optimale peut améliorer l'efficacité globale de la livraison d'énergie.

#Méthodologie proposée

Le nouvel EMS se concentre sur la maximisation de la préparation opérationnelle des systèmes d'énergie en fonction des exigences de mission. Il vise à minimiser les charges réduites tout en gérant efficacement les différents types de stockage d'énergie. Cette approche prend en compte les défis pratiques d'équilibrage du SoC entre les systèmes et de priorisation du SCESS quand c'est nécessaire.

La méthodologie proposée améliore la coordination entre les ESS hybrides et les générateurs conventionnels. Elle considère les données en temps réel du bateau pour ajuster la livraison d'énergie de manière efficace. L'objectif ultime est d'améliorer la résilience des systèmes électriques des bateaux tout en minimisant les pertes d'énergie.

#Études de simulation et résultats

Pour valider la méthode proposée, des simulations ont été réalisées sur un modèle d'un système de bateau entièrement électrique avec une puissance de 100 MW. Le modèle incluait divers composants, tels que des modules de stockage d'énergie et des générateurs. Différents scénarios ont été testés pour comprendre comment le système pouvait gérer les fortes demandes de puissance et les manques de production.

Les résultats ont montré que l'EMS proposé pouvait gérer efficacement les charges et les systèmes de stockage. L'utilisation de RHO a permis des ajustements en temps opportun, évitant que des charges critiques soient réduites inutilement. De plus, la coordination entre BESS et SCESS a optimisé l'utilisation de l'énergie, améliorant les performances globales du système électrique du bateau.

#Performance en conditions stressantes

Lors de missions avec un taux de variation de charge élevé, où les demandes de puissance changent rapidement, la méthode RHO proposée a montré de meilleures performances que les méthodes traditionnelles. L'EMS a maintenu les charges critiques tout en réduisant celles non essentielles. En priorisant les charges les plus lourdes, le système s'est assuré que les fonctions essentielles n'étaient pas compromises pendant les pénuries de puissance.

Les résultats de simulation ont démontré que RHO atteignait des résultats comparables aux anciennes méthodes tout en utilisant nettement moins de puissance de calcul et de temps. Cette efficacité est vitale pour les applications en temps réel où une prise de décision rapide est nécessaire.

#Efficacité computationnelle

Un des points forts de la méthodologie proposée est son efficacité computationnelle. Les simulations ont montré que RHO utilisait beaucoup moins de mémoire par rapport aux méthodes traditionnelles. Alors que les anciens systèmes nécessitaient plusieurs gigaoctets de RAM, RHO fonctionnait bien avec des exigences beaucoup plus faibles. De plus, le temps d'exécution pour RHO était significativement plus rapide, permettant un traitement en temps réel.

Ces améliorations mettent en avant la praticité de RHO pour les systèmes d'énergie modernes des bateaux. À mesure que ces systèmes deviennent plus complexes, une gestion efficace de l'énergie devient essentielle pour garder les bateaux opérationnels.

#Conclusion

En conclusion, le développement d'un système de gestion de l'énergie orienté vers la résilience pour les systèmes électriques des bateaux représente un pas en avant significatif. En utilisant les points forts des différents systèmes de stockage d'énergie, la méthodologie proposée assure que les bateaux peuvent fonctionner efficacement, même dans des conditions difficiles.

L'accent mis sur la prise de décision en temps réel aide à maintenir les fonctions essentielles tout en minimisant le gaspillage d'énergie. L'intégration de techniques avancées comme RHO montre le potentiel d'une meilleure efficacité opérationnelle dans les systèmes d'énergie maritimes. Les travaux futurs amélioreront encore cette méthodologie, en incorporant plus de contraintes pratiques et en explorant de nouvelles applications dans des environnements en temps réel.