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RÉSUMÉ
Après un exposé sur les origines et les apports des entraînements multimachines et multiconvertisseurs dans la conception de chaînes électriques résilientes et sûres, cet article décrit les méthodes de contrôle des hélices marines du point de vue de l’automatique. Sont ensuite développés les systèmes électriques et les boucles de régulation spécifiques aux propulsions hybrides. Puis, au niveau supérieur, les principes généraux et les systèmes de conduite de l’ensemble énergie- propulsion du navire sont exposés. Enfin, l’article aborde les contraintes d’environnement applicables aux équipements électriques embarqués et les impératifs de conception qui en découlent. Quelques perspectives d’évolution telles que la supraconductivité concluent l’article.
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Lire l’articleABSTRACT
After a review of the origins and advantages offered by the multi-phase advanced electrical drives in terms of resilience and dependability, this paper describes the control methods of the marine propellers from the automation point of view. Then, hybrid propulsion systems are dealt with, spanning the power chain and the control loops. The various functions of the management of the whole energy- propulsion system are also explained. At last, this paper addresses the environmental constraints applicable to on board electrical equipment and their impact on their design.Some prospective breakthroughs such as superconductivity conclude the paper.
Auteur(s)
-
Jacques COURAULT : Ancien directeur des développements en électronique de puissance Alstom Power Conversion, France
-
Paul LETELLIER : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - Consultant, ancien ingénieur Société Jeumont Electric, France
-
Jean-Paul SORREL : Ingénieur de l’Institut national polytechnique de Grenoble - Consultant, ancien ingénieur Société Schneider-Electric, France
INTRODUCTION
Le transport maritime doit faire face à des contraintes environnementales de plus en plus sévères. Si les émissions de dioxyde de carbone liées au transport maritime restent inférieures à celles des autres modes de transport (par gramme, tonne et kilogramme), les émissions toxiques provoquées par le carburant des navires sont conséquentes (dioxydes de soufre, oxydes d’azote, particules). De récentes études ont montré que la phase d’utilisation est responsable de 80 % de l’impact environnemental du navire sur son cycle de vie, du fait de la consommation de carburant et des émissions. De tels résultats montrent l’impérieuse nécessité de mise en place d’énergies moins nocives, en particulier dans les ports et estuaires et dans les zones sensibles (zones ECA – Emission Control Area – en mer Baltique, mer du Nord, Manche, notamment).
Différentes voies se présentent :
-
l’utilisation d’énergies alternatives décarbonées et d’énergies renouvelables ;
-
la mise en place de nouveaux moyens de stockage d’énergie ;
-
l’amélioration du rendement énergétique intrinsèque (architectures hybrides adaptées à des profils de mission variés, réduction des masses embarquées via la supraconductivité) et de l’efficacité des composants (propulseurs de nouvelle génération à haut rendement, auxiliaires, etc.) ;
-
une meilleure gestion énergétique via la mise en place d’outils de mesure en temps réel et d’aide à la décision (configuration électrique, lois de commande) selon les recommandations et les normes de l’EEDI (Energy Efficiency Design Index) de l’Organisation maritime internationale (OMI).
Le dossier « Navire électrique » fait l’objet de trois articles :
-
[D 5 610] Propulsion, production et distribution d’énergie ;
-
[D 5 615] État de l’art et intégration des composants et systèmes ;
-
[D 5 620] Évolutions, systèmes de conduite, contraintes de conception.
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
advanced electrical propulsion systems | control of propulsion systems | hybrid propulsion system
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2001 par Gérard FILLIAU, Alain BONDU, Laurent MAZODIER
- Version archivée 2 de mai 2012 par Paul LETELLIER, Alain BONDU
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Ingénierie des transports > Transport fluvial et maritime > Hydrodynamique, navires et bateaux > Navire électrique - Évolutions, systèmes de conduite, contraintes de conception > Systèmes de conduite énergie-propulsion des navires
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Contraintes de conception en environnement maritime4. Systèmes de conduite énergie-propulsion des navires
4.1 Entités fonctionnelles
Le navire peut être représenté par des entités fonctionnelles qui se répartissent en cinq entités de base :
-
machine (génération d’électricité, propulsion, auxiliaires machine, air conditionné, éclairage, etc.) ;
-
navigation (cartographie, etc.) ;
-
cargaison dont le chargement/déchargement (ballastage, air conditionné, etc.) ;
-
communication (radio, satellite, internet, CCTV, etc.) ;
-
gestion administrative.
Ces entités de base (figure 18) sont généralement développées indépendamment les unes des autres et font appel à des métiers et compétences différents. Elles doivent cependant dialoguer via les réseaux informatiques du bord. On peut citer l’exemple de l’angle de barres, de la vitesse du navire qui nécessitent une interface entre la navigation et la machine (appareil à gouverner, système de propulsion, gestion d’énergie). Ces systèmes sont donc distribués et intégrés au système de conduite et ouverts aux différents équipementiers qui assurent l’intégration des systèmes.
Il est aussi nécessaire d’ajouter des fonctions de sécurité qui couvrent tout le navire et s’appliquent à toutes les entités fonctionnelles et non traitées dans le présent document :
-
sécurité incendie qui comprend la détection et la lutte incendie ;
-
sécurité aux voies d’eaux qui inclue la détection et la lutte à l’immersion par compartimentation de zone ;
-
sécurité aux agents nucléaire et bactériochimique (NBC) sur les navires militaires.
4.2 Principes de conception
La conception générale d’un système de contrôle commande fait appel à des principes qui doivent permettre l’exploitation du navire dans les conditions de :
-
sécurité des personnes des biens et de l’environnement ;
-
sûreté de fonctionnement recouvrant la disponibilité, la fiabilité et la maintenabilité des installations ;
-
séparation...
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Systèmes de conduite énergie-propulsion des navires
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTIN (J.P.) - Contribution à l’alimentation en tension de machines synchrones à aimants permanents à nombre de phases élevé : fonctionnement en mode normal et dégradé. - Mémoire de thèse à l’Institut National Polytechnique de Lorraine, INPL, juillet 2003.
-
(2) - SCUILLER (F.) - Développement d’outils de conception de machines polyphasées à aimants utilisant l’approche multi-machine. - Mémoire de thèse ENSAM/École Navale, décembre 2006.
-
(3) - MARTIN (J.P.), PIERFEDERICI (S.), MEIBODY-TABAR (F.), DAVAT (B.), LETELLIER (P.) - Synthèse des méthodes de filtrage du couple des MSAP polyphasées en modes normal et dégradé. - Revue Internationale de Génie Électrique, vol. 10 (2007).
-
(4) - FALL (O.) et al - Variable speed control of a 5 phase permanent magnet synchronous motor including voltage and current limits in healthy and open-circuited modes. - Electric Power System Research, vol. 140, p. 507-516 (2016).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Congrès « All Electric Ship » dans les bases documentaires des sociétés savantes :
– Institute of Marine Engineers – The Memorial Building – 76 Mark Lane – LONDON EC3R – 7JN
– SEE – Société de l’électricité et de l’électronique et des technologies de l’information et de la communication – 17, rue de l’Amiral Hamelin – 75116 PARIS http://www.see.asso.fr
HAUT DE PAGE
OTAN STANAG 1008, Caractéristiques des alimentations à bord des bâtiments des marines du traité de l’Atlantique Nord
HAUT DE PAGE3.1 Organismes de certification
Bureau Véritas (BV)
Det Norske Veritas (DNV)
Registro Italiano Navale (RINA)
Lloyd’s Register of Shipping (LRS)
IMO International Maritime Organization
EEDI – Energy Efficiency Design Index
SOLAS – Convention Internationale « Safety...
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